生物3D打印水凝膠加速愈合糖尿病傷口

糖尿病是一種常見且嚴(yán)重的慢性代謝性疾病，其主要特征是體內(nèi)血糖水平持續(xù)升高，由于胰島素的不足或細(xì)胞對胰島素的反應(yīng)異常引起，需要持續(xù)的自我管理和醫(yī)療監(jiān)護，以減少并發(fā)癥的風(fēng)險，提高生活質(zhì)量。

糖尿病可分為兩種主要類型：Ⅰ型糖尿病和Ⅱ型糖尿病。Ⅰ型糖尿病通常在年輕年齡階段發(fā)病，其主要原因是免疫系統(tǒng)攻擊胰腺內(nèi)產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞，導(dǎo)致胰島素嚴(yán)重不足，患者需要依靠外部胰島素注射來維持生命。而Ⅱ型糖尿病多發(fā)生于成年人，其特點是細(xì)胞對胰島素的反應(yīng)減弱，導(dǎo)致胰島素的生物效應(yīng)下降，最終引發(fā)高血糖問題。

高血糖是糖尿病的核心癥狀，長期高血糖會損害全身各個器官系統(tǒng)，引發(fā)一系列嚴(yán)重的并發(fā)癥。這些并發(fā)癥包括但不限于：心血管疾病、神經(jīng)病變、腎臟疾病、眼部疾?。ㄌ悄虿∫暰W(wǎng)膜病變）、足部潰瘍等。此外，糖尿病還會影響骨骼健康和創(chuàng)面愈合能力。

骨骼影響
– 骨質(zhì)疏松：長期高血糖狀態(tài)可能干擾鈣質(zhì)代謝，導(dǎo)致骨組織流失，從而增加骨折的風(fēng)險。糖尿病患者的骨密度會降低，使得骨骼更脆弱。

– 骨折風(fēng)險增加：糖尿病患者由于神經(jīng)功能受損，導(dǎo)致對疼痛的感知降低，增加了骨折的風(fēng)險。糖尿病相關(guān)的微循環(huán)問題，導(dǎo)致血管閉塞和新生血管減少，也會影響骨骼愈合。

– 關(guān)節(jié)病變：糖尿病可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)病等關(guān)節(jié)問題。這與糖尿病引發(fā)的炎癥、血管病變等因素有關(guān)。高血糖還會導(dǎo)致糖化終產(chǎn)物的積累，損害骨骼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。

創(chuàng)面愈合影響

– 延緩創(chuàng)面愈合：高血糖狀態(tài)可能影響創(chuàng)面愈合的各個階段，包括炎癥期、增生期和修復(fù)期，導(dǎo)致創(chuàng)面愈合時間延長，增加感染、潰瘍等并發(fā)癥的風(fēng)險。

– 感染風(fēng)險增加：糖尿病患者由于免疫功能下降，容易受到細(xì)菌和其他微生物的感染，這會延緩創(chuàng)面的愈合進程。

– 血液供應(yīng)不足：高血糖狀態(tài)影響微血管的健康，減少血液流向創(chuàng)面，導(dǎo)致創(chuàng)面缺氧，進而影響創(chuàng)面的愈合。

– 瘢痕形成：糖尿病可能導(dǎo)致創(chuàng)面愈合不完全，留下瘢痕組織，影響功能恢復(fù)和外觀。

為探索有效治療方法，上海交通大學(xué)戴尅戎院士、王金武團隊進行了多方面的研究。

由于巨噬細(xì)胞極化功能障礙和骨缺損區(qū)域的炎癥微環(huán)境，糖尿病患者的骨缺損修復(fù)仍然是臨床治療中的一個挑戰(zhàn)。裝有活細(xì)胞和生物活性因子的生物3D打印支架可以改善細(xì)胞活力和炎癥微環(huán)境，并進一步加速骨修復(fù)。支架上裝有骨形態(tài)發(fā)生蛋白4 (BMP-4) 、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (BMSCs) 和巨噬細(xì)胞。介孔二氧化硅納米顆粒 (MSN) 不僅能提高了支架的機械強度，還能賦予持續(xù)釋放BMP-4的能力。研究發(fā)現(xiàn)支架促進巨噬細(xì)胞極化為M2型，分泌抗炎因子，降低促炎因子的水平，從而減少炎癥并促進骨修復(fù)。MSN釋放的BMP-4和M2巨噬細(xì)胞分泌的BMP-2共同刺激了生物3D打印支架中BMSC的成骨分化。此外，動物模型結(jié)果也證明支架能明顯加速糖尿病大鼠的骨修復(fù)。綜上所述，含有BMP-4、BMSCs和巨噬細(xì)胞的生物3D打印支架可能是改善糖尿病患者骨修復(fù)的有效方法。

 團隊針對糖尿病感染的慢性傷口難愈合的問題，開發(fā)了一種原位形成的水凝膠，具有活性氧（ROS）響應(yīng)性和抗菌特性。通過逐步添加DL-二硫蘇糖醇、聚乙二醇二丙烯酸酯和苯基硼酸改性ε-聚賴氨酸來設(shè)計和合成水凝膠。水凝膠可以提供填充傷口缺陷并保護傷口免受細(xì)菌侵害的物理屏障。它還表現(xiàn)出優(yōu)異的吸水性和H2O2消耗能力，可以響應(yīng)過量的氧化微環(huán)境，促進傷口愈合。該水凝膠表現(xiàn)出良好的生物相容性和抗菌活性，抑制細(xì)菌生長并加速感染傷口的愈合。在糖尿病慢性全層皮膚缺損愈合試驗中，水凝膠通過炎癥調(diào)節(jié)和膠原蛋白沉積促進傷口收縮和愈合。總體而言，該水凝膠顯示出加速感染糖尿病傷口愈合的潛力，并且可能成為慢性傷口愈合的可行材料。

此外，糖尿病足是糖尿病患者最常見的并發(fā)癥之一。糖尿病足定義為：糖尿病患者由于并發(fā)神經(jīng)病變及不同程度的末梢血管病變而導(dǎo)致的下肢感染、潰瘍形成和/或深部組織的破壞，是糖尿病致死、致殘的重要原因?？刹捎?D打印矯形鞋墊進行預(yù)防，針對糖尿病足設(shè)計具有跖骨球支撐、足弓支持的鞋墊，采用低摩擦、柔軟的材料制作鞋墊敷面，更好地分散足底壓力，最大程度地減小磨擦。