基于锌基多金属氧酸纳米酶功能化水凝胶的糖尿病创伤修复新策略
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糖尿病(Diabetes Mellitus, DM)作为一种全球范围内日益严重的公共卫生危机,其并发症中最常见的便是糖尿病伤口。糖尿病患者常常面临伤口愈合延迟、感染甚至截肢的风险。这一系列问题的根源在于高血糖状态下细胞功能的紊乱,导致MAPK信号通路异常激活,进而引发炎症反应和细胞凋亡。具体而言,高血糖会增加三羧酸循环(TCA)中的电子供体,损害抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和过氧化氢酶(CAT)的活性,导致过量活性氧(ROS)的产生。这些变化不仅引发巨噬细胞向M1表型极化,还严重破坏了免疫微环境。
正常伤口愈合的过程
正常的伤口愈合分为四个重叠的阶段:止血、炎症、增殖和重塑。其中,巨噬细胞作为先天免疫系统的重要组成部分,在伤口愈合中发挥着关键作用。然而,在糖尿病病理状态下,巨噬细胞的可塑性受到损害,M1向M2的转化受阻,导致巨噬细胞持续处于促炎状态,这进一步阻碍了内皮细胞、成纤维细胞和其他功能细胞的促愈合活动。因此,现有的糖尿病伤口治疗方法亟待改善。
新的治疗方案
为实现糖尿病创面的有效愈合,研究者们提出了一种综合调控策略,重点针对高血糖引起的免疫微环境失衡以及细胞毒性和氧化应激问题。葡萄糖氧化酶(GOx)作为一种能与葡萄糖反应生成葡萄糖醛酸和过氧化氢(H₂O₂)的生物酶,虽然能改善高血糖的免疫微环境,但其产生的H₂O₂对于伤口修复并不利,因此需要有效消除这一副产物。
近年来,纳米酶作为新兴的生物材料,因其能够调节活性氧和免疫反应,展现出良好的应用前景。钼基多金属氧酸盐(POM)纳米团簇以其出色的ROS清除能力,有望用于治疗与ROS相关的疾病。特别是掺杂锌离子的POM,不仅能模拟ROS清除相关酶的活性,还能发挥锌离子的免疫调节作用,为糖尿病伤口治疗提供了一种新思路。
最新研究成果
近日,来自川北医学院附属医院的研究者在《J Nanobiotechnology》期刊上发表了一项研究,题为“Zinc-based Polyoxometalate Nanozyme Functionalized Hydrogels for optimizing the Hyperglycemic-Immune Microenvironment to Promote Diabetic Wound Regeneration”。该研究展示了锌基多金属氧酸纳米酶功能化水凝胶在优化高血糖免疫微环境中的应用,能够有效促进糖尿病伤口的再生。
在该研究中,研究者们开发了一种新型纳米酶功能化再生微环境调节剂(AHAMA/CS-GOx@Zn-POM),旨在有效修复糖尿病伤口。该结构结合了修饰过的透明质酸水凝胶(AHAMA)和壳聚糖纳米颗粒(CS NPs),包封锌基多金属氧酸纳米酶(Zn-POM)和葡萄糖氧化酶(GOx),实现了这两种酶的持续释放。
具体来说,GOx催化葡萄糖生成葡萄糖酸和H₂O₂,以减轻高血糖对伤口愈合的影响。而Zn-POM则通过其过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性,清除活性氧和H₂O₂。此外,Zn-POM还能通过抑制MAPK/IL-17信号通路,减少促炎细胞因子的分泌,并上调抗炎介质的表达,诱导M1巨噬细胞转化为M2表型,从而重塑免疫微环境,促进血管生成和胶原再生。
研究结果与展望
在大鼠糖尿病创面模型中,AHAMA/CS-GOx@Zn-POM的应用显著增强了新生血管和胶原沉积,加速了创面愈合的过程。综上所述,这项研究构建了一个综合调节糖尿病创面高血糖微环境和重塑免疫微环境的综合治疗系统,该系统能够有效消除糖尿病伤口高血糖微环境的毒性作用,并通过催化葡萄糖的无害降解,减轻氧化应激并改善细胞功能。
这一基于高血糖免疫微环境调节的综合治疗策略,预示着在糖尿病伤口修复领域的潜在应用前景,未来的研究可以进一步探索其在人类临床中的安全性和有效性,为改善糖尿病患者的生活质量提供新的解决方案。
2024-12-05
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