糖尿病患者的福音:南京大学开发出治疗慢性伤口的微藻凝胶贴片

糖尿病是威胁人类健康和生命安全的重大疾病之一,并且糖尿病在全世界的患病率有逐年增高的趋势。目前,多达25%的糖尿病患者因伤口血液循环不良和其他并发症而出现慢性难愈合伤口,例如糖尿病足溃疡(DFU),严重时可导致患者截肢。

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研究证明,糖尿病慢性伤口的延迟愈合是缺氧引起的新生血管受损的结果,因此,减少慢性伤口治疗中的缺氧是糖尿病治疗中迫切的临床问题。但是,当前的氧气疗法,包括高压氧(HBO)和局部气态氧(TGO),主要采用气态氧输送,但只有少量氧气能够穿透皮肤,因而在糖尿病治疗的临床应用中效果较差。

糖尿病患者的福音:南京大学开发出治疗慢性伤口的微藻凝胶贴片

亮点

近期,为提高氧气进入皮肤的能力,南京大学医学院胡一桥吴锦慧等开发了一种由活性微藻水凝胶制成的能产生溶解氧的伤口贴片AGP)。该贴片具有优异的氧气输送能力,其效率是TGO渗透皮肤效率的100倍以上。进一步的实验表明,该贴片可促进糖尿病小鼠慢性创面愈合和皮瓣再生。微藻凝胶贴片可以提供持续的溶解氧,以改善慢性伤口愈合,此外,该贴片无毒且不会引起免疫应答,制造简单成本低廉,这将成为用于DFU治疗的新一代医学疗法。
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AGP的制备

研究人员设计了一种微藻凝胶贴片(AGP),可以简单地覆盖伤口并将溶解的氧气输送到伤口床中(图1A)。在贴片中填充了直径为1毫米的含有活微藻的水凝胶珠,可以吸收预先添加的碳酸盐,以通过呼吸和光合作用产生O2和CO2。亲水性聚四氟乙烯(PTFE)膜用作AGP的内衬,以允许清洁气体和水双向渗透并具有细菌过滤性能。当贴在伤口上时,由于不可渗透的聚氨酯薄膜被用作AGP的背衬,在敷料和伤口之间形成了一个密封系统(图1,B和C)。

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图1 AGP的制备及释放溶解氧示意图

AGP的O2皮肤渗透测试

如图2所示,研究人员测量了装置中氧气通过插入存活小鼠皮肤的扩散程度。AGP装置在光照条件下能够稳定、连续地输送高达240μM的溶解氧,但TGO装置中没有氧气扩散。通过量化曲线下的面积,发现AGP的溶解氧输送效率比TGO渗透皮肤的效率高100倍以上。

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图2溶解氧输送效率的示意图

AGP治愈慢性伤口的测试

为了测试AGP在治愈慢性伤口中的功效,每天分别通过AGP(DM-AGP)和TGO治疗(DM-TGO)治疗糖尿病小鼠伤口。同时将未经治疗的糖尿病小鼠伤口(DM-对照)和正常小鼠伤口(Non-DM)作为对照。如图3所示,即使在15天后,糖尿病小鼠的伤口也很难愈合,而正常小鼠的伤口在12天后就可以愈合(图3A)。用AGP治疗的伤口愈合速度明显快于糖尿病对照组和用TGO治疗的伤口,在第6天达到了45%的愈合率,(图3B)。从伤后第6天开始,AGP的表现优于其他组,到第12天,与正常小鼠相似,伤口面积的45%闭合(图3C)。

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图3 小鼠慢性伤口愈合性能测试

AGP促进皮瓣再生

研究人员在自体皮肤移植模型上评估了AGP对慢性伤口皮瓣存活的作用。实验组包括正常小鼠对照组、糖尿病小鼠对照组和TGO或AGP治疗的糖尿病小鼠。如图4所示,糖尿病小鼠的皮瓣在第2天迅速显示远端坏死,然后在第4天完全坏死并脱落,暴露出下面的溃疡。尽管正常小鼠没有受慢性伤口影响,但皮瓣仍不能完全存活,第2天后皮瓣的远端轻微坏死,第6天开始脱落(图4A)。与正常小鼠相比,DM-AGP的皮瓣坏死率更低(图4C)。

通过评估皮瓣的实时血流发现,在非DM,DM-Control和DM-TGO组的圆圈区域中,坏死的皮肤完全脱落并溃烂,在AGP治疗组中,未发现坏死性皮肤,移植物产生的红色与正常皮肤相似(图4B)。这些结果表明AGP在促进慢性伤口的皮瓣存活中发挥积极作用。

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图4小鼠皮瓣再生测试

总结

综上所述,研究人员证明了利用具有稳定储存特性、易于制备和处理的可粘附微藻水凝胶贴片将天然,高度可靠的湿氧输送到组织的新概念的潜在可行性。我们相信这种方法不仅是糖尿病患者的福音,同样可用于细胞因子治疗、无创干细胞治疗和药物递送等其他治疗,有望在临床医疗领域得到广泛应用。

原文链接:

https://advances.sciencemag.org/content/6/20/eaba4311

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