糖尿病伤口愈合一直是临床医学面临的重大挑战。这类伤口之所以难以愈合，根源在于其特殊的病理微环境形成了恶性循环：氧化应激持续存在、晚期糖基化终末产物及其受体（AGE-RAGE）不断积累、慢性炎症反复发作，三者相互促进，使伤口无法进入正常的修复阶段。尽管现有的抗氧化水凝胶在一定程度上能够清除活性氧，但它们往往无法同时干预AGE-RAGE信号通路，且由于交联速度过快，难以完美贴合不规则创面，导致治疗效果大打折扣。
近日，华南理工大学边黎明教授、赵鹏超教授、徐夏忆教授和斯坦福大学Cui Miao合作，报告了一种组织适形的有机硒水凝胶（TCOH），通过微相分离调控酰腙交联动力学，实现了对糖尿病伤口微环境的多靶点调控。该水凝胶系统由可微相分离的有机硒聚合物（OSP）和透明质酸-己二酸二酰肼（HA-ADH）组成，能够在注射后缓慢凝胶化，完美贴合不规则创面，并通过高密度有机硒基团同时清除活性氧、分解AGEs，从而重建氧化还原稳态，促进血管新生，调控巨噬细胞极化。相关论文以“Tissue-Conforming Organoselenium Hydrogel with Microphase-Controlled Acylhydrazone Crosslinking Kinetics Expedites Diabetic Wound Healing by Inhibiting AGE-RAGE Pathways”为题，发表在
Advanced Materials上。
研究团队首先通过RAFT聚合合成了含苯甲醛的共聚物PFA，进而偶联有机硒前体得到OSP。核磁共振、凝胶渗透色谱和X射线光电子能谱等多种表征手段证实了有机硒基团的成功引入，硒元素含量达到3.9 wt%。OSP在水溶液中通过疏水相互作用形成明显的微相分离结构，这种微相分离将苯甲醛基团包裹在疏水微区内，从而延缓了与HA-ADH的酰腙交联反应。流变学测试显示，TCOH的凝胶化时间延长至20分44秒，而对照组水凝胶（ConH）仅需1分14秒即完成凝胶化。这一延长的凝胶化窗口使得TCOH前体溶液能够注入并完美贴合五边形模具等复杂几何表面，展现出优异的组织适形性和粘附性能。
图1 | 组织适应型有机硒水凝胶（TCOH）用于糖尿病伤口愈合的示意图。A) OSP的微相分离控制TCOH的酰腙交联动力学。B) 具有优异组织适应性和氧化还原稳态能力的TCOH通过双重重塑氧化还原和AGE-RAGE稳态加速糖尿病伤口愈合。
完全交联后，TCOH的储能模量达到约4.0 kPa，在频率扫描测试中储能模量始终高于损耗模量，在应变扫描中线性粘弹区可达46%应变。循环应变测试表明，TCOH在300%高应变破坏后能够在1%低应变下快速恢复，展现出优异的自愈合性能。扫描电镜和能谱分析证实，TCOH具有微孔结构，硒元素均匀分布于整个水凝胶基质中。抗氧化性能评估显示，在100 μM H2O2模拟病理条件下，TCOH在24小时内显著清除氧化应激，并通过谷胱甘肽消耗实验证实了其再生性抗氧化能力。
图2 | 疏水性有机硒介导的OSP微相分离赋予TCOH卓越的伤口适应性和再生性ROS清除能力。(A) OSP疏水性有机硒介导的微相分离示意图和显微镜观察。比例尺 = 20 μm。(B) TCOH延迟原位凝胶过程的可视化观察。(C) TCOH对不规则图案的增强适应性。比例尺 = 5 mm。(D) 两种水凝胶的流变时间扫描证实，与ConH的快速凝胶化相比，TCOH的凝胶化动力学延长。(E) 2小时完全交联后，TCOH和ConH具有相当的储能模量 (n = 3)。(F) TCOH对猪皮表现出显著的适应性和 (G) 组织粘附性，而ConH则相形见绌 (n = 3)。比例尺 = 10 mm。(H) TCOH和ConH的流变频率和 (I) 应变扫描。(J) TCOH的流变步应变振荡时间扫描表明其良好的自修复性能。(K) SEM和EDS表征验证了TCOH的微孔结构和硒组分的均匀分布。比例尺 = 10 μm。(L) TCOH表现出再生性氧化还原能力，循环ROS和GSH清除实验证明了这一点 (n = 3)。统计学意义：ns，不显著；p < 0.05，p < 0.01，p < 0.001，****p < 0.0001。
在细胞层面，CCK-8实验证实TCOH对NIH/3T3成纤维细胞无细胞毒性。在LPS刺激的巨噬细胞模型中，TCOH处理显著降低细胞内ROS水平，同时下调M1型标志物CD86表达，上调M2型标志物CD206表达。RT-qPCR分析进一步证实，TCOH下调促炎基因（iNOS、IL-6、TNF-α）表达，上调抗炎基因（Arg-1、IL-10、TGF-β）表达，有效诱导巨噬细胞从促炎M1表型向修复性M2表型转化。
图3 | 具有卓越细胞内ROS清除能力的TCOH诱导巨噬细胞从M1向M2复极化。(A) TCOH处理显著降低了LPS刺激的细胞内ROS表达（DCFH-DA作为荧光ROS探针）至未处理PBS对照水平，而ConH通过免疫荧光染色显示出有限的ROS清除能力（绿色为ROS探针，蓝色为细胞核）。比例尺 = 50 μm。(B) ROS探针的相对荧光强度 (n = 20)。(C) TCOH处理诱导巨噬细胞从M1向M2复极化的示意图。(D) 免疫荧光染色结果表明，与LPS和ConH处理的对照组相比，TCOH处理显著下调了巨噬细胞上CD86（M1标志物，绿色）的表达，同时上调了CD206（M2标志物，绿色）的表达。比例尺 = 50 μm。(E) CD86和CD206生物标志物的相对荧光强度 (n = 20)。(F) M1巨噬细胞标志物（CD86和IL-1β）的基因表达 (n = 4) 以及 (G) M2巨噬细胞标志物（CD206和IL-10）的基因表达，通过RT-qPCR分析评估 (n = 4)。两种水凝胶组中所有生物标志物的免疫荧光强度统计分析 (n = 20)。统计学意义：ns，不显著；p < 0.05，p < 0.01，p < 0.001，****p < 0.0001。
在H2O2诱导氧化应激的人脐静脉内皮细胞模型中，TCOH处理有效清除细胞内ROS，恢复细胞增殖能力。划痕实验显示TCOH显著恢复H2O2损伤的内皮细胞迁移能力。更为重要的是，在Matrigel管形成实验中，TCOH处理使分支数量增加2.8倍，总分支长度增加5.1倍，而ConH组仅分别增加1.4倍和1.5倍，证实TCOH能够有效促进血管新生。
图4 | 具有卓越细胞内ROS清除能力的TCOH促进细胞增殖、迁移和血管生成。(A) TCOH保护HUVECs免受ROS损伤、细胞增殖、迁移和血管生成的示意图。(B) 与未处理PBS对照相比，TCOH显著中和了H2O2诱导的高ROS表达（DCFH-DA作为荧光ROS探针），而ConH通过免疫荧光染色表现出有限的ROS清除能力（绿色为ROS探针，蓝色为细胞核）。比例尺 = 50 μm。(C) ROS探针的相对荧光强度 (n = 20)。(D) EDU染色结果表明，TCOH处理通过改善ROS损伤促进了HUVECs的增殖（红色为EDU探针，蓝色为细胞核）。比例尺 = 50 μm。(E) EDU探针的相对荧光强度 (n = 20)。(F) 在0、12和24小时，经历不同处理的HUVECs的划痕伤口愈合实验。比例尺 = 400 μm。(G) 划痕实验的定量分析表明与对照组相比，TCOH 处理显著加快了伤口闭合率（n = 3）。（H）不同处理后 HUVEC 的管形成能力。（I）分支数量（n = 3）和（J）分支总长度的定量分析表明，TCOH 处理显著促进了严重氧化应激下 HUVEC 的管形成（n = 3）。比例尺 = 50 μm。两个水凝胶组中所有生物标志物的免疫荧光强度统计分析（n = 20）。统计显著性：ns，不显著；p < 0.05，p < 0.01，p < 0.001，以及 ****p < 0.0001。
在链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠全层皮肤缺损模型中，TCOH单次应用显著加速伤口闭合，至第14天剩余伤口面积仅0.96% ± 0.40%，显著优于ConH和空白对照组。H&E染色显示TCOH组伤口炎症浸润明显减少，肉芽组织空间显著缩小，接近正常皮肤结构。Masson三色染色显示TCOH组胶原沉积高度有序，形成类似真皮的篮织结构。重要器官的H&E染色未观察到明显病理损伤，证实了TCOH的良好生物相容性。
图5 | TCOH加速糖尿病小鼠伤口愈合。(A) 图示工作流程，说明糖尿病小鼠伤口模型的建立以及通过单次应用原位形成TCOH处理糖尿病伤口的实验时间线。(B) 第0、3、9和14天小鼠模型的代表性照片和 (C) 伤口痕迹表明TCOH处理显著加速了伤口闭合。比例尺 = 4 mm。(D) 第0、3、9和14天小鼠模型伤口面积百分比的定量分析 (n = 6)。(E) 第14天小鼠模型伤口组织H&E染色的代表性图像，黄色箭头突出放大图像中的炎症区域。比例尺 = 400 μm（左）和 50 μm（右）。(F) TCOH、ConH和空白组处理伤口炎症区域的定量分析 (n = 6)。(G) TCOH、ConH和空白组处理愈合伤口肉芽组织间隙的定量分析 (n = 6)。(H) 第14天小鼠模型伤口组织Masson三色染色的代表性图像。比例尺 = 400 μm（左）和 50 μm（右）。(I) TCOH、ConH和空白组处理伤口组织胶原容积分数的定量分析 (n = 6)。统计学意义：ns，不显著；p < 0.05，p < 0.01，p < 0.001，****p < 0.0001。
免疫荧光染色显示，TCOH处理使伤口组织内ROS水平降低97%，CD206/CD86比值显著升高，证实了其体内ROS清除能力和巨噬细胞表型重塑功能。CD31免疫组化染色显示，TCOH组在第9天和第14天均呈现显著更高的血管密度，表明其促进血管成熟的能力。
图6 | TCOH通过病理性ROS中和、M2巨噬细胞极化和增强血管生成加速糖尿病小鼠伤口愈合。(A) 愈合皮肤组织的免疫荧光染色表明，与ConH和PBS处理组相比，TCOH处理显著减少了伤口诱导的高ROS表达（DHE作为荧光ROS探针）（红色为ROS探针，蓝色为细胞核）。比例尺 = 200 μm。(B) 第14天，经PBS（空白）、ConH和TCOH处理的糖尿病小鼠伤口模型愈合皮肤组织中二氢乙锭（DHE）染色区域的定量分析 (n = 6)。(C) 愈合皮肤组织的免疫荧光染色表明，与PBS和ConH处理的对照组相比，TCOH处理显著下调了CD86（M1标志物，红色）的表达，同时上调了CD206（M2标志物，绿色）的表达（蓝色为细胞核）。比例尺 = 50 μm。(D) 第14天，经PBS（空白）、ConH和TCOH处理的糖尿病小鼠伤口模型愈合皮肤组织中CD206（绿色）和CD86（红色）染色区域的定量分析 (n = 6)。(E) 愈合皮肤组织的IHC染色表明，与第9天和第14天的ConH和PBS处理组相比，TCOH处理显著促进了血管生成。比例尺 = 100 μm。(F) 第9天和第14天，经PBS（空白）、ConH和TCOH处理的糖尿病小鼠伤口模型愈合皮肤组织中CD31阳性区域的定量分析 (n = 6)。统计学意义：ns，不显著；p < 0.05，p < 0.01，p < 0.001，****p < 0.0001。
转录组学分析揭示，TCOH处理上调1024个基因，下调724个基因。GO富集分析显示谷胱甘肽过氧化物酶相关基因显著富集，ELISA检测证实伤口组织内源性GSH水平升高。KEGG和GSEA分析显示AGE-RAGE和NF-κB信号通路显著抑制，IL-17信号通路下调，p53通路激活。Western Blot验证了TCOH处理显著降低RAGE蛋白表达，抑制NF-κB磷酸化，同时上调GPX1表达，从蛋白水平证实了多靶点调控机制。
图7 | TCOH、ConH和空白处理的糖尿病伤口组织的转录组学分析 (n = 3)。(A) 图示说明TCOH处理下糖尿病伤口愈合的潜在分子信号通路。TCOH和空白处理组之间差异表达基因的（B）抗氧化调节和（C）巨噬细胞极化调节的基因本体论（GO）富集分析。(D) TCOH和空白处理组之间差异表达基因的KEGG富集分析。TCOH和空白处理组之间的（E）AGE-RAGE和（F）NF-κB信号通路的GSEA分析。TCOH和ConH处理组之间差异表达基因的（G）伤口修复增强和（H）糖脂代谢校正的GO富集分析。(I) TCOH和ConH处理组之间差异表达基因的KEGG富集分析。(J) TCOH、ConH和空白处理伤口组织中表达的RAGE、p-NF-κB、NF-κB和GPX1蛋白的代表性WB图像。(K) WB结果的定量分析 (n = 3)。统计学意义：ns，不显著；p < 0.05，p < 0.01，p < 0.001。
总而言之，这项研究通过将动态材料适应性与多靶点病理调控相结合，成功开发出一种组织适形有机硒水凝胶，能够通过催化清除ROS和分解AGE-RAGE结合双重重塑病理微环境，驱动M1向M2巨噬细胞极化转变，同时促进血管新生，加速功能性伤口愈合。这一创新平台不仅为糖尿病伤口治疗提供了新策略，也为其他具有相似氧化还原失衡和慢性炎症病理特征的慢性疾病治疗开辟了新途径。
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