更新時間：2025-11-20
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糖尿病傷口難愈是糖尿病最嚴重且常見的并發癥之一，其復雜的病理微環境是導致愈合進程受阻的關鍵因素。然而，對糖尿病傷口中細胞行為與免疫微環境的動態交互作用仍有待全面闡明。本研究基于負載間充質干細胞與苦瓜源外泌體的多功能水凝膠（MEMC-Gel），通過體內外整合分析，系統探討了糖尿病傷口中巨噬細胞、內皮細胞及成纖維細胞的功能狀態，揭示了該水凝膠通過協同抗氧化、抗炎及促血管生成以重編程傷口微環境的核心機制。相關研究成果在Materials Today Bio（IF=10.2，一區）上以題名為“A novel hydrogel loaded with plant exosomes and stem cell exosomes as a new strategy for treating diabetic wounds"發表。
1.研究背景：
糖尿病傷口，是糖尿病的一種嚴重并發癥，常常導致感染、截肢甚至死亡等嚴重后果。糖尿病傷口的特征是多因素的，包括高血糖、神經方面的病變、過度氧化應激、血液循環不良和慢性炎癥，所有這些共同阻礙了愈合過程。
高血糖對傷口愈合有多種不利影響。它促進晚期糖基化終末產物（AGEs）的形成，從而加劇氧化應激和炎癥，進一步損害愈合過程。氧化應激會破壞細胞結構、蛋白質和DNA，導致愈合過程中出現進一步的并發癥；血液循環不良，通常是糖尿病相關血管并發癥的結果，限制了向傷口部位輸送必需的營養和氧氣，增加感染風險；慢性炎癥也是糖尿病傷口愈合的關鍵障礙，持續釋放的促炎細胞因子會進一步損害組織并延遲愈合過程。目前，糖尿病傷口的治療面臨許多限制。傳統的敷料、傳統草藥應用、外科清創和抗生素療法往往無法有效解決這些問題，導致感染和愈合延遲。
2.研究思路：
外泌體：是直徑通常在30至150納米之間的小的細胞外囊泡，在傷口愈合方面，外泌體因其加速急性和慢性傷口修復的潛力而受到關注。
間充質干細胞（MSC）外泌體：由于其調節炎癥、刺激血管生成和促進組織再生的能力，在促進傷口愈合方面顯示出巨大潛力。這些囊泡攜帶生物活性分子，影響傷口愈合的各個階段，包括對組織修復至關重要的成纖維細胞和角質形成細胞的增殖和遷移。
苦瓜（MC）外泌體：因其抗炎、抗氧化和降血糖特性而受到關注。可以改善體重、血糖水平和胰島素敏感性。MC中的生物活性化合物有助于減少氧化應激。
甲基丙烯酰化明膠（Gel MA）水凝膠：具備優異的生物相容性和機械性能，將多巴胺（DA）引入水凝膠可以增強其粘附性能，作為外泌體的載體，在調節傷口微環境以促進組織再生和修復的同時，可持續釋放生物活性分子。
終材料：使用Gel MA和DA作為材料，將MSC-exo和MC-exo嵌入水凝膠中，開發一種新型的外泌體增強型水凝膠敷料，負載干細胞和植物來源的外泌體（MEMC-Gel），以增強糖尿病傷口愈合和修復。
1.MEMC-Gel的合成與治療機制示意圖：
本研究設計并構建了一種由甲基丙烯酰化明膠（Gel MA）和多巴胺（DA）通過光交聯形成的新型水凝膠（MEMC-Gel），該體系可同時封裝間充質干細胞外泌體（MSC-exo）與苦瓜源外泌體（MC-exo）。其治療機制并非單一通路，而是通過多種功能協同作用：MC-exo主要負責調節局部血糖并降低晚期糖基化終末產物（AGEs）積累，而MSC-exo在促進血管生成方面扮演主導角色；兩者與凝膠基質協同，共同對抗氧化應激、抑制慢性炎癥，并通過調節巨噬細胞從促炎M1型向修復M2型極化，綜合優化糖尿病傷口的微環境，從而加速愈合進程。
2.外泌體的提取與表征
作者采用超速離心法分別從MSC和苦瓜（Monorotica charantia）汁液中提取外泌體。透射電鏡（TEM）與粒徑分析證實，MSC-exo與MC-exo均呈現典型的納米級囊泡形態與尺寸分布，但MC-exo的平均直徑（~147.20 nm）顯著大于MSC-exo（~92.89 nm）。Western blot分析明確檢測到MSC-exo高表達CD9、CD81和CD63等跨膜蛋白，符合動物源外泌體的經典分子特征。對于目前缺乏統一標志物的植物源MC-exo，研究通過SDS-PAGE揭示了其廣泛的蛋白組成（10-140 kD），并通過Triton X-100破膜實驗證實其富含RNA，從多個維度驗證了所提取囊泡的身份與完整性。
3.MEMC-Gel的制備與理化性質表征
掃描電鏡（SEM）顯示，空白凝膠（B-Gel）與負載外泌體的MEMC-Gel均具有規整的多孔網絡結構，且外泌體在MEMC-Gel中分散均勻。傅里葉變換紅外光譜（FTIR）表明，外泌體的引入未改變凝膠的主要化學結構與晶體形態，說明其與凝膠基質間主要為物理封裝。流變學測試揭示MEMC-Gel具有典型的凝膠特性（儲能模量G'> 損耗模量G''）和剪切稀化行為，利于敷用。關鍵的是，多巴胺的引入顯著增強了水凝膠的粘附強度與親水性，而MEMC-Gel在降解實驗中顯示出一周內基本降解完畢的速率，并能以相近的速率同步、持續地釋放兩種外泌體，滿足傷口敷料對機械性能、貼合性與藥物控釋的核心要求。
4.MEMC-Gel的體外生物功能驗證
細胞功能實驗表明，MEMC-Gel不僅具有良好的生物相容性，更能顯著促進成纖維細胞遷移與內皮細胞成管，其中MSC-exo在促成管方面作用更為突出，而MC-exo也展現出明確的促進遷移能力，兩者聯用體現出協同效應。在抗氧化方面，MEMC-Gel能有效降低由Rosup誘導的細胞內活性氧（ROS）水平，并提升超氧化物歧化酶（SOD）活性、降低脂質過氧化產物丙二醛（MDA）含量。在抗炎與免疫調節方面，MEMC-Gel顯著抑制了由LPS誘導的巨噬細胞釋放TNF-α、IL-1β等關鍵促炎因子，并通過免疫熒光證實其能下調M1型標志物iNOS的表達，同時上調M2型標志物CD206的表達，證明其具有直接調控巨噬細胞極化為修復表型的能力。
5.MEMC-Gel在體內的降解與外泌體釋放動力學
通過活體成像技術追蹤Cy5標記的水凝膠，發現MEMC-Gel在糖尿病小鼠傷口部位的熒光信號在7天內持續減弱，顯示其在此時間內逐步降解。與此同時，利用不同熒光染料（PKH67和PKH26）分別標記的MSC-exo與MC-exo，其從凝膠中的釋放曲線高度重合，均在3天內釋放超過50%，并在7天內持續釋放。該結果表明MEMC-Gel作為一種遞送系統，能確保兩種來源不同的外泌體在復雜的體內環境中以協同的方式被同步遞送至傷口部位。
6.MEMC-Gel促進糖尿病傷口愈合與組織重塑
動物實驗顯示，MEMC-Gel治療組的傷口閉合速率顯著快于對照組及單一外泌體治療組（ME-Gel,MC-Gel），在第14天基本實現愈合。組織學分析進一步揭示了其較高的修復質量：H&E染色顯示MEMC-Gel組炎癥細胞浸潤最少，表皮再生與肉芽組織形成最為顯著；Masson染色則證實該組的膠原纖維沉積最致密、排列更有序。相比之下，ME-Gel在促進膠原沉積方面優于MC-Gel，但均不及MEMC-Gel的綜合效果，凸顯了兩種外泌體在促進組織結構性再生方面的互補與協同作用。
7.MEMC-Gel在傷口組織中系統性地調控炎癥反應
通過免疫組化(IHC)對髓過氧化物酶(MPO)的檢測發現MEMC-Gel治療組傷口中的中性粒細胞浸潤在愈合早期(第7天)即被顯著抑制。對傷口組織勻漿的 ELISA分析進一步表明，MEMC-Gel不僅能持續性地降低促炎因子(INE-.IL-1P.IL-6)的度，還能顯著提升抗炎因子 IL-10 的水平。這種對炎癥平衡的雙向調節--即同時抑制促炎信號與增強抗炎信號--是 MEMC-Gel有效扭轉糖尿病傷口慢性炎癥微環境的關鍵機制。
8.MEMC-Gel在傷口組織中構建強大的抗氧化防御
二氫乙啶（DHE）熒光染色直接顯示，MEMC-Gel治療組傷口組織中的超氧陰離子水平顯著低于其他各組。對組織勻漿的生化分析提供了更深入的機制證據：MEMC-Gel治療顯著提升了內源性抗氧化酶（如SOD）的活力和小分子抗氧化劑（谷胱甘肽，GSH）的水平，同時有效抑制了羥基自由基（·OH）的生成，并降低了脂質過氧化終產物MDA的含量。這表明MEMC-Gel并非簡單地清除已產生的ROS，而是通過增強組織自身的抗氧化防御能力，從根源上緩解氧化應激。
9.MEMC-Gel綜合調控愈傷微環境：從免疫調節到血管生成
免疫組化分析揭示，MEMC-Gel對傷口巨噬細胞極化表現出動態且有效的調控：在愈合早期即可抑制M1型標志物iNOS的表達，并在整個觀察期內持續促進M2型標志物CD206的表達。同時，得益于MC-exo的降血糖特性，MEMC-Gel治療組傷口組織中的晚期糖基化終末產物（AGEs）積累顯著減少，從源頭上改善了不利于愈合的代謝微環境。在功能輸出上，這種優化的微環境極大地促進了血管生成，表現為CD31陽性血管密度以及關鍵生長因子VEGF和TGF-β1的表達在MEMC-Gel組中均達到峰值，其中MSC-exo被認為是促成血管作用的主要貢獻者。這些結果共同表明，MEMC-Gel通過整合“免疫調節-代謝調控-血管再生"等多重機制，創造了較佳的愈傷微環境。
總結
本文開發并評估了一種負載間充質干細胞外泌體與苦瓜源外泌體的新型光交聯水凝膠（MEMC-Gel），用于治療糖尿病創面。
本文創新點在于，通過將植物源與動物源外泌體共裝載于同一水凝膠體系，研究者能夠觀察到兩種外泌體在抗氧化、抗炎與促進血管生成等方面的協同增強效應，以及該復合系統對糖尿病傷口復雜微環境的系統性調控。MEMC-Gel所采用的基于GelMA-多巴胺的光交聯載藥凝膠構建策略，也為其他研究者提供了一個開發多功能、可局部給藥的組織工程敷料的材料學參考。
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