题目：工程异质连接微针启动了ROS介导的“双击”机制，加速糖尿病中受损的伤口愈合
期刊：Cell Biomaterials
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celbio.2025.100248
汇报人：郭振晴-2026级硕士
糖尿病伤口的愈合过程因高血糖和细菌感染两大因素而趋向严重。近年来，开发出具有生物活性的伤口敷料，用于消耗葡萄糖并产生活性氧（ROS），具备理想的抗菌和促进再生能力具有较大前景。抗菌ROS的生成可以依赖于葡萄糖。因此，在伤口愈合后期血糖浓度下降会降低ROS水平，降低抗菌效果。本研究基于以上提出“双击”策略：ROS生成最初由葡萄糖氧化酶（GOx）主导，而芬顿反应则维持葡萄糖耗尽后ROS的产生。我们进一步设计了CNOH/MXene异质结（C@M）和复合微针系统（GC@M）：异质结C@M通过锚定MXene（Ti3C2）量子点叠加到碱化的上g-C3N4（CNOH）纳米片，然后集成到明胶甲基丙烯酰微针中。我们发现GC@M微针通过这种双击机制产生反渗透氧，并通过触发脂质过氧化相关的细菌膜损伤和细胞死亡，抑制细菌的增殖和存活。总之，这项工作提出了一个具有变革性的双击假说，作为一种临床可行的解决方案。
糖尿病是全球最普遍的非传染性慢性疾病之一，对医疗保健系统构成了重大挑战。最新流行病学数据显示，到2022年，成人糖尿病患者人数已超过8.2亿，预计将持续上升。
活性氧（ROS）作为一种多功能的抗菌和抗生物膜策略，逐渐受到关注。ROS通过多种机制发挥杀菌作用，包括蛋白质变性和DNA损伤，同时增强微生物种群的氧化应激。糖尿病伤口独特的高血糖状况为ROS介导的抗菌疗法的发展带来了挑战和机遇。纳米酶领域的最新进展凸显了葡萄糖氧化酶（GOx）模拟纳米材料在ROS生产中的潜力。除了GOx样纳米酶的活性外，芬顿反应也是ROS生成的重要途径之一。
因此，研究提出了一种创新的“两击”ROS生成策略，将酶催化与Fenton化学协同结合。这种双相方法通过阶段适应机制确保持续的抗菌活性：在富含Glu的早期愈合阶段产生最初的GOx主导的ROS，然后随着Glu水平下降，Fenton反应介导的ROS产生。这些互补机制的战略整合利用了不断变化的伤口微环境，同时在整个愈合过程中保持治疗效果。
在这项研究中，通过将新型纳米复合材料与先进的微针技术相结合，开发了一种用于糖尿病伤口管理的双击治疗策略。通过锚定Ti3C2合成纳米复合材料碱化g-C3N4（CNOH）纳米片，随后掺入双层GelMA微针（GC@M）。该设计利用伤口Glu动力学在整个愈合过程中实现持续的抗菌功效，从而加速组织再生。研究系统地表征了GC@M的理化性质、生物活性和治疗性能，以验证所提出的两次命中策略。特别强调阐明ROS介导的抗菌机制，重点是脂质过氧化（LPO）。总的来说，这项工作建立了一种针对细胞内和细胞外ROS的双效抗菌和抗生物膜方法，并为糖尿病伤口的治疗提供了一条有前途的途径。
1.纳米片的合成与表征
图1聚焦于纳米片合成后的基本表征，同时证明了组装成异质结后提升的光学性能。
2.材料的性能评估
在图2中，主要对材料的光学活性、纳米酶性能以及类芬顿反应的活性进行了评估。
3.微针水凝胶的制备与表征
将制备后的异质结材料整合至明胶甲基丙烯酰微针中，对水凝胶微针的基本表征和光热性能进行了测定。
4.抗菌活性
选择大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为研究对象，评估了材料的抗菌活性以及抗生物膜性能。
5.生物安全性
评估了水凝胶微针的生物安全性以及相容性，GC@M和GC@M/N展示了理想的生物相容性，满足了III类医疗器械的初步要求。
6.细菌感染的糖尿病伤口模型
GC@M/N的促进再生机制主要包括：（1）胶质剥夺，（2）抗菌活性，以及（3）抗生物膜效应，能够通过多种协同机制显著促进糖尿病细菌生物膜感染中的伤口愈合。
6.抗菌机制
C@M异质接合结合近红外照射（C@M/N），不仅通过光催化性能产生细胞外ROS，还通过释放Ti产生细胞内ROS4+/钛3+以及类似芬顿的反应。在糖尿病伤口愈合的早期阶段，局部 Glu 水平升高会增强 C@M/N 的光催化活性，产生大量细胞外 ROS，表现出有效的抗菌和抗生物膜作用。然而，随着 Glu 的消耗，细胞外 ROS 的产生会减少。在糖尿病创面愈合的中后期，更多的Ti4+/钛3+C@M/N释放离子，Glu浓度将恢复到较低值。在此阶段，Glu 剥夺与 Fenton 反应协同作用，引发细胞内 ROS 产生的爆发。因此，细胞内 ROS 取代了细胞外 ROS 的功能。
伤口敷料旨在通过消耗葡萄糖产生活性氧 （ROS），为糖尿病提供理想的抗菌活性。然而，高葡萄糖水平的下降会限制 ROS 的产生，从而损害抗菌和促再生功效。本研究旨在制造一种具有持续产生 ROS 和抗菌能力的伤口敷料。首先，我们提出了一种“双击”策略：在早期愈合期间，ROS 的产生最初以葡萄糖氧化酶 （GOx） 为主，而 Fenton 反应在葡萄糖耗竭后维持 ROS 的产生。我们还设计了CNOH/MXene异质结（C@M）。最初，它消耗葡萄糖通过近红外 （NIR） 激活的 GOx 活性产生 ROS，然后通过 Ti 介导的 Fenton 反应维持 ROS。异质结整合到明胶甲基丙烯酰微针中，形成双层体系（GC@M）。实验验证证实GC@M通过这种两次打击机制加速糖尿病伤口愈合。进一步的研究表明，ROS通过触发脂质过氧化相关的细菌膜损伤和细胞死亡来发挥抗菌作用。这项工作提出了一种用于糖尿病伤口管理的变革性双击机制。