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華科大劉國輝教授團隊 ACS Nano：導(dǎo)電水凝膠激發(fā)中性粒細胞胞外捕獲器對抗傷口細菌感染
2025-03-07  來源：高分子科技

  目前，治療感染性傷口是臨床醫(yī)學(xué)的一大挑戰(zhàn)。嚴重感染的傷口不僅會延遲傷口愈合，嚴重影響患者健康，還可能導(dǎo)致傷口化膿、紅腫、劇痛，甚至引起全身癥狀和敗血癥，增加截肢風(fēng)險。隨著抗生素耐藥性的增加，此類傷口的治療難度也在不斷增加。水凝膠是一種具有三維分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生物醫(yī)學(xué)聚合物，它能提供與 ECM 相似的濕潤環(huán)境，在藥物輸送、植入和組織工程方面有多種應(yīng)用。因此，使用水凝膠模擬組織的 ECM 并創(chuàng)造導(dǎo)電的局部微環(huán)境，可以為難治性傷口提供一種新的治療策略。


  近期，華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院劉國輝教授團隊開發(fā)了一種新型導(dǎo)電水凝膠 EF@S-HGM，用于治療感染傷口。其主要成分包括 Ac-β-CD、明膠、單壁碳納米管（SWCNT）、N-甲酰基-Met-Leu-Phe（FMLP）和內(nèi)皮細胞生長補充劑（ECGS）。這種水凝膠具有導(dǎo)電性，可利用生物微電場加速傷口愈合。通過釋放趨化因子 FMLP，該水凝膠能有效招募中性粒細胞并增強 NETosis，從而對抗微生物病原體。同時，水凝膠還能促進內(nèi)皮細胞增殖和血管生成，改善感染傷口的愈合。此外，團隊還驗證了 EF@S-HGM 水凝膠優(yōu)異的生物相容性和抑菌能力。團隊探索了 EF@S-HGM 水凝膠如何誘導(dǎo)中性粒細胞-激活 GR 衰老通路以促進中性粒細胞凋亡。EF@S-HGM 水凝膠易于原位注射給藥，具有優(yōu)異的機械性能，這也為今后的臨床應(yīng)用提供了便利（圖1）。


  該工作以“Conductive Hydrogel Inspires Neutrophil Extracellular Traps to Combat Bacterial Infections in Wounds”為題發(fā)表在《ACS Nano》上（DOI: 10.1021/acsnano.4c14487）。文章第一作者是華中科技大學(xué)歐陽理直博士，共同通訊作者為劉國輝教授、米博斌教授、孫云主任和劉夢飛醫(yī)生。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。


圖1. EF@S-HGM 水凝膠的制備及其促進感染傷口愈合的機制。


  本研究的核心創(chuàng)新點之一在于巧妙利用傷口的天然電場環(huán)境。通過SWCNT的導(dǎo)電特性，水凝膠將內(nèi)源性電場轉(zhuǎn)化為定向細胞遷移的驅(qū)動力，突破了傳統(tǒng)材料導(dǎo)電性不足的局限。這種“生物電協(xié)同”策略不僅加速了細胞募集，還通過微電流刺激激活了多種修復(fù)相關(guān)信號通路，為組織再生提供了動態(tài)微環(huán)境（圖2）。


圖2. EF@S-HGM 水凝膠可誘導(dǎo)中性粒細胞遷移并形成 NET。


  另一亮點在于揭示了EF@S-HGM調(diào)控中性粒細胞功能的新機制。研究發(fā)現(xiàn)，該水凝膠通過激活糖皮質(zhì)激素受體（GR）衰老途徑，誘導(dǎo)中性粒細胞衰老并增強NETosis。衰老的中性粒細胞高表達CXCR4并低表達CD62L，產(chǎn)生更多活性氧（ROS），從而顯著提升抗菌能力。這一發(fā)現(xiàn)為免疫調(diào)控型材料的設(shè)計提供了全新視角，首次將電場刺激與GR通路調(diào)控相結(jié)合，實現(xiàn)了對感染微環(huán)境的精準干預(yù)（圖3）。


圖3. EF@S-HGM 水凝膠通過 GR 衰老途徑促進 NETosis。


圖4. EF@S-HGM 水凝膠可促進體內(nèi)感染性傷口的愈合。


  這項研究開發(fā)的EF@S-HGM 水凝膠為感染性傷口的臨床治療提供了一種全面的策略，有望推動導(dǎo)電生物材料在傷口護理和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。


  原文鏈接：

  Lizhi OuYang1, Ze Lin1, Xi He1, Jiaqi Sun1, Jiewen Liao, Yuheng Liao, Xudong Xie, Weixian Hu, Ruiyin Zeng, Ranyang Tao, Mengfei Liu*, Yun Sun*, Bobin Mi*, Guohui Liu*. Conductive Hydrogel   Inspires Neutrophil Extracellular Traps to Combat Bacterial Infections in Wounds. ACS Nano. 2025 Mar 3.

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c14487


  下載：Conductive Hydrogel Inspires Neutrophil Extracellular Traps to Combat Bacterial Infections in Wounds

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