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  糖尿病潰瘍的傷口微環(huán)境中血糖水平較高且存在壞死組織碎片，因此易受到細(xì)菌侵襲。如果局部細(xì)菌過多，超過宿主免疫反應(yīng)的清除能力，就會(huì)發(fā)生感染，隨著細(xì)菌附著、繁殖、生物膜形成和活組織的破壞，感染會(huì)逐步惡化。因此，防止初始細(xì)菌污染，抑制后續(xù)菌膜形成，可有效控制感染。

  近期，四川大學(xué)王云兵教授/張婕妤副研究員設(shè)計(jì)了一種基于瓊脂糖和殼聚糖的水凝膠用于促進(jìn)糖尿病潰瘍愈合�；撬嵝蛢尚噪x子通過異氰酸酯基與氨基的反應(yīng)接枝到殼聚糖的氨基位點(diǎn)，隨后將導(dǎo)電組分聚吡咯以共價(jià)接枝的方式引入到水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，得到的水凝膠具有穩(wěn)定的仿生電導(dǎo)率。瓊脂糖和兩性離子因?yàn)閺?qiáng)大的水合作用，可以防止蛋白質(zhì)吸附和細(xì)菌粘附。為了進(jìn)一步提高水凝膠的抗菌性，還將稀土金屬鋱離引入到水凝膠網(wǎng)絡(luò)中�？刮鄢煞趾蜌⒕堧x子的結(jié)合表現(xiàn)出了突出的抗菌效果，完全抑制了金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生物膜形成。該工作以“Conductive hydrogels with hierarchical biofilm inhibition capability accelerate diabetic ulcer healing”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。文章第一作者為四川大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院博士張語馨，該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 52273138和No. 51903176），四川省重大科技專項(xiàng)（2022ZDZX0032-LH），中國(guó)博士后科學(xué)基金（No. 2018M640919）和四川大學(xué)華西護(hù)理學(xué)科發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目（No. HXHL19003）的支持。

圖 1.（A）聚吡咯接枝兩性離子殼聚糖的合成和（B）導(dǎo)電抗菌水凝膠的制備示意圖。

圖2.（A）金黃色葡萄球菌和（B）大腸桿菌在不同水凝膠上的生物膜形成。（C）金黃色葡萄球菌和（D）大腸桿菌在水凝膠表面定植的照片和定量統(tǒng)計(jì)。

  這種水凝膠網(wǎng)絡(luò)可以通過多種相互作用方式，如氫鍵、靜電相互作用和配位相互作用，在應(yīng)力下釋放和分散能量。它由瓊脂糖和殼聚糖組成，可以在一定程度上保持穩(wěn)定性和柔韌性。因此，它可以很好地為創(chuàng)面提供物理屏障和力學(xué)緩沖。當(dāng)兩性離子和聚吡咯同時(shí)接枝到殼聚糖上時(shí)，顯著提高了聚吡咯的親水性，使其均勻地分布在水凝膠中。這解決了常見的疏水導(dǎo)電組分自聚集和分散不均勻的問題。復(fù)合水凝膠中的鋱離子可以通過與聚吡咯的電子結(jié)構(gòu)相互作用來實(shí)現(xiàn)仿生導(dǎo)電，使其在生物應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。

圖3. 不同組分水凝膠的（A）應(yīng)力應(yīng)變曲線和（B）照片。（C）聚吡咯、聚吡咯接枝殼聚糖、聚吡咯接枝兩性離子殼聚糖，在去離子水中的分散性。（D）鋱離子在PBS和DMEM中的體外釋放曲線以及（E）一階模型下的釋放速率常數(shù)。（F）導(dǎo)電率測(cè)試（G）電化學(xué)阻抗譜測(cè)試和（H）循環(huán)伏安法測(cè)試表征不同水凝膠的導(dǎo)電性。

  在大鼠糖尿病潰瘍感染模型中，對(duì)照組和電刺激組的傷口在第三天出現(xiàn)明顯的漿液性滲出物感染跡象，抗菌水凝膠組的傷口則相對(duì)清潔干燥。水凝膠的高抗菌活性，有助于糖尿病潰瘍加速通過炎癥階段，電刺激引導(dǎo)并觸發(fā)傷口愈合相關(guān)細(xì)胞的遷移，進(jìn)而促進(jìn)傷口的閉合，因此電刺激與導(dǎo)電抗菌水凝膠在促進(jìn)傷口愈合方面具有協(xié)同作用。

圖4. （A）體內(nèi)傷口愈合評(píng)估示意圖。（B）14天內(nèi)不同組傷口的圖像。（C）14天內(nèi)不同組的傷口輪廓變化。（D）傷口面積和（E）傷口愈合率的定量。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142457

作者簡(jiǎn)介

  王云兵教授，國(guó)家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心主任、四川大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院院長(zhǎng)，國(guó)家有突出貢獻(xiàn)中青年專家，國(guó)務(wù)院特殊津貼專家、國(guó)際生物材料科學(xué)與工程學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)Fellow，中國(guó)生物材料學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、科技部生物材料國(guó)際交流合作基地主任、教育部組織再生性生物材料科學(xué)與工程創(chuàng)新引智基地主任。主要從事心腦血管疾病等治療的新型生物醫(yī)用材料和微創(chuàng)介入醫(yī)療器械的基礎(chǔ)研究與產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)。主持開發(fā)了一系列國(guó)內(nèi)、國(guó)際首創(chuàng)的心血管醫(yī)療器械產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模臨床應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，已申報(bào)國(guó)內(nèi)、國(guó)際專利500多項(xiàng)，并在Advanced Materials、Science和Nature子刊等國(guó)際知名期刊發(fā)表論文200多篇。獲教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)（2020）、 四川省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（2022）和中國(guó)僑界貢獻(xiàn)一等獎(jiǎng)（2020）等獎(jiǎng)項(xiàng)，研究成果被 Nature、麻省理工科技評(píng)論、英國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)人等專題報(bào)道。

  張婕妤副研究員，四川省海外高層次留學(xué)人才，博士畢業(yè)于新加坡國(guó)立大學(xué)，2017年加入四川大學(xué)國(guó)家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心，專注于導(dǎo)電水凝膠的設(shè)計(jì)及其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。