大约四分之一的糖尿病患者会出现疼痛的足部溃疡，由于血管受损和炎症加剧导致伤口含氧量低，因此愈合缓慢。这些伤口会变成慢性的，导致生活质量下降和可能的截肢。
圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院机械工程与材料科学教授管建军开发了一种水凝胶，可以为伤口输送氧气，从而减少炎症，帮助重塑组织并加速愈合。这项工作在小鼠模型中的结果于 8 月 28 日发表在《科学进展》上。关所在实验室的博士生关亚和博士后研究员牛红为共同第一作者。
“氧气有两个作用：一是在糖尿病伤口的低氧条件下提高皮肤细胞的存活率;二是氧气可以刺激皮肤细胞产生伤口修复所需的生长因子，”关说。
身体中的组织需要氧气才能生存，并且在组织受伤时需要更多氧气。虽然有几种现有的治疗糖尿病患者慢性伤口的方法，但最常见的治疗方法是在高压氧舱中进行数十次治疗，但其有效性并不一致，并且存在氧中毒的风险。
Guan 的水凝胶使用微球向伤口输送氧气，微球逐渐释放氧气，通过细胞表面的酶与细胞相互作用，将微球内部的物质转化为氧气。氧气在大约两周的时间内被输送到伤口，炎症和肿胀减少，促进愈合。
在小鼠中，用含有释氧微球的水凝胶处理的伤口比仅用凝胶处理或未处理的伤口具有更高的闭合率。到第 16 天，用水凝胶处理的伤口减少到 10.7%。仅用凝胶处理的患者减少到 30.4%，未处理的减少到 52.2%。
此外，使用含释氧微球的水凝胶处理的伤口在第 8 天表皮最厚，但在第 16 天表皮最薄，表明伤口正在愈合，炎症减轻。
在过去的14年中，关一直在开发这种具有近70种不同功能和化学结构的凝胶。
“凝胶在我们将其放入皮肤组织之前是一种液体，因此很容易与微球混合，”他说。“一旦我们将凝胶和微球的混合物放入伤口，它就会变成固体，因为它对温度很敏感——在较低温度下它是液体，而在体温下它是固体。”
向伤口输送氧气的风险之一是输送过多，这会产生活性氧 (ROS)，而活性氧 (ROS) 会损伤或杀死水平升高的细胞。Guan 的水凝胶能够清除 ROS 含量并将其破坏，从而消除任何风险。
接下来，关的团队计划在大型动物模型中使用这种水凝胶，并期待未来进行人体临床试验。
“这代表了一种无需药物即可加速慢性糖尿病伤口愈合的新治疗方法，”关说。“它还具有治疗其他低氧疾病的潜力，例如外周动脉疾病和冠心病。”
Guan Y、Niu H、Liu Z、Dang Y、Shen J、Zayed M、Ma L、Guan J。持续氧合通过促进上皮化和血管生成以及减少炎症来加速糖尿病伤口愈合。科学进展，2021 年 8 月 27 日 doi：10.1126/sciadv.abj0153
这项研究的资金由美国国立卫生研究院 (R01 HL138175、R01HL138353、R01EB022018、R01AG056919、R01AR077616、R01AR075860、R21AR077226) 和美国国家科学基金会 (195) 提供。
