《Bioactive Materials》:炎症创面修复新突破!

背景
慢性炎症创面修复一直是临床难题,过度炎症反应会导致 M1 型巨噬细胞大量聚集,抑制血管新生和组织再生,最终造成创面迁延不愈。传统修复材料多聚焦单一抗炎或促愈合功能,难以兼顾复杂炎症微环境的动态调控。
近日,汉阳大学团队在《Bioactive Materials》发表创新研究,开发出一种负载单宁酸 - 锶(TA-Sr)纳米颗粒的明胶甲基丙烯酰(GelMA)复合水凝胶(G-TSrP)。该材料通过 “ROS 清除 - 巨噬细胞调控 - 血管化促进” 协同作用,在过度炎症创面模型中实现高效修复,为临床炎症创面治疗提供了多功能纳米治疗新方案。
临床痛点
炎症微环境失衡:过度炎症导致 ROS 大量积累,M1 型巨噬细胞持续富集,抑制 M2 型巨噬细胞极化,阻碍组织修复进程;
血管新生受阻:抗炎成分(如单宁酸)虽能抑制炎症,但会意外抑制血管生成,形成 “抗炎与促血管” 的治疗矛盾;
材料适配性差:传统水凝胶降解速率与组织再生不同步,细胞浸润不足,难以形成功能性新生组织。
研究团队针对性设计了 G-TSrP 复合水凝胶,通过 TA 与 Sr²⁺的协同作用,同时解决炎症调控、血管新生和材料降解三大核心问题。
核心设计
一步法制备 TA-Sr 纳米颗粒(TSrP)
通过金属 - 酚类网络自组装,一步法制备 TSrP 纳米颗粒,实现 TA 与 Sr²⁺的稳定负载。
结构与成分可控:SEM 和 TEM 显示 TSrP 为凸起球形结构,TA 浓度 1mg/mL 时平均粒径 548nm,随着 TA 浓度升高粒径减小.
ROS 清除能力优异:ABTS 实验证实 TSrP 具有强效且长效的自由基清除能力,21 天仍保持稳定活性.
成分协同互补:TA 负责抗炎抗氧化,Sr²⁺弥补 TA 的抗血管缺陷,同时促进细胞增殖与迁移。

TSrP的制造和表征 (Hayeon et al., 2024)
复合水凝胶的理化特性优化
将 TSrP 嵌入 GelMA 水凝胶,通过光交联形成 G-TSrP 复合水凝胶,兼顾生物相容性与功能稳定性:
结构与力学适配:TSrP 均匀分散于水凝胶内部,增加孔隙率和溶胀率,同时降低杨氏模量,提升材料柔韧性与组织适配性。
ROS 清除与生物安全:G-TSrP 表现出剂量依赖性 ROS 清除能力,且对成纤维细胞、角质形成细胞和内皮细胞无细胞毒性。
可控缓释特性:水凝胶可实现 TA 与 Sr²⁺的持续释放,24 小时释放量分别达 10μM 和 500μM,均处于生物安全浓度范围。

纳米复合材料水凝胶的表征和生物相容性 (Hayeon et al., 2024)
巨噬细胞精准调控
G-TSrP 通过 TA 与 Sr²⁺的协同作用,实现巨噬细胞极化调控:
抑制 M1 型极化:LPS 诱导的 RAW264.7 细胞实验中,G-TSrP 提取物显著降低 iNOS 阳性细胞比例,减少 TNF-α、IL-1β 等促炎基因表达(Figure 5a-b,e);
促进 M2 型极化:IL-4 诱导条件下,G-TSrP 提取物显著提升 CD206 阳性细胞比例,增强 CD163、CD206 等修复相关基因表达,且效果优于单独 TA 处理(Figure 5c-d,f);
增强巨噬细胞迁移与降解功能:G-TSrP 可促进巨噬细胞向创面迁移,同时上调 MMP9、MMP13 基因表达,加速细胞介导的水凝胶降解,同步促进组织重塑(Figure 7d-e)。

通过G-TSrP调节巨噬细胞极化 (Hayeon et al., 2024)
体内验证
在 LPS 诱导的过度炎症小鼠创面模型中,G-TSrP 表现出显著修复优势
加速创面闭合:术后 6 天 G-TSrP 组创面闭合率显著高于对照组和单独 GelMA 组,21 天创面基本完全愈合(Figure 8b-c)。
促进组织再生:H&E 染色显示,G-TSrP 组创面长度更短,肉芽组织厚度显著增加,表皮厚度接近正常皮肤,毛囊数量较其他组提升 5 倍。
增强血管新生与胶原沉积:CD31 和 α-SMA 免疫荧光显示,G-TSrP 组血管数量和成熟度显著提升,直径>10μm 的小动脉数量明显增加;Masson 三色染色和胶原定量证实,新生组织中胶原 I 沉积致密,接近正常皮肤结构。

体内炎症性伤口愈合 (Hayeon et al., 2024)

炎症性伤口的组织重塑和血管生成 (Hayeon et al., 2024)
分子机制解析:RNA-seq 揭示巨噬细胞调控核心通路
RNA-seq 分析证实,G-TSrP 通过调控巨噬细胞功能驱动创面修复:
与单独 GelMA 和 TA 处理相比,G-TSrP 组巨噬细胞中 517 个基因显著上调,245 个基因显著下调,主要富集于 “免疫反应调控”“细胞迁移” 和 “血管生成” 相关通路。
机制上,TSrP 释放的 TA 和 Sr²⁺协同作用,招募巨噬细胞并诱导其向 M2 型极化,通过分泌 VEGF 等因子促进血管新生,同时通过 MMPs 介导的水凝胶降解,为组织再生提供空间。

巨噬细胞介导的炎症性伤口愈合的遗传分析 (Hayeon et al., 2024)
临床转化价值
功能协同性强:同时实现 ROS 清除、巨噬细胞极化调控、血管化促进和材料自适应降解,解决炎症创面修复的多重矛盾;
制备简便且安全:TSrP 通过一步法制备,GelMA 水凝胶光交联成型,原料生物相容性优异,符合临床转化要求;
适用范围广:可用于创伤、感染等多种原因导致的炎症创面,尤其适用于慢性炎症创面的精准修复。
总结
该研究成功开发出 TA-Sr 纳米颗粒复合水凝胶 G-TSrP,通过 “材料 - 细胞 - 分子” 多层面调控,实现炎症创面的高效修复。其核心创新在于利用 TA 与 Sr²⁺的协同作用,既发挥 TA 的抗炎抗氧化功能,又通过 Sr²⁺弥补其抗血管缺陷,同时借助巨噬细胞介导的材料降解,同步实现炎症消退、组织再生与血管化。该方案为临床炎症创面治疗提供了全新思路,有望推动多功能纳米生物材料的临床转化应用。
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