海藻酸钴水凝胶负载间充质干细胞治疗糖尿病足溃疡的效果及机制研究

Diabetic foot ulcers is the most common complication in diabetic patients, whose pathogenesis is complicated, and there is still no effective therapy in clinic. The paracrine and differentiation action of mesenchymal stem cells (MSCs) provide a new insight into the treatment of diabetic foot ulcers. But stem cell therapy still faces a problem, that is low survival rate of transplanted cells. Thus, in this study, MSCs will be loaded in cobalt alginate hydrogel in order to modulate their paracrine and differentiation action via cobalt ions, meanwhile, increase the survival rate of transplanted MSCs. Consequently, nerve regeneration and angiogenesis will be improved. Moreover, cobalt ions also have antibacterial property, thereby decreasing the infection of diabetic foot ulcers. The in vivo behavior and mechanism of MSCs will also be studied by molecular imaging technique via a novel nanodots with aggregation-induced emission characteristics (AIE dots), which will be used to label MSCs. We aim to reveal the effects and mechanism of MSCs-loaded cobalt alginate hydrogel on diabetic foot ulcers, with a view to providing a novel therapeutic strategy and theoretical basis for diabetic foot ulcers.

糖尿病足溃疡是糖尿病患者中最常见的并发症，其发病机制复杂，目前缺乏有效的治疗方法。间充质干细胞（MSCs）具有独特的旁分泌和分化作用，为糖尿病足溃疡的治疗提供了重要思路。但是干细胞治疗面临着移植细胞存活率低的问题。因此本项目拟利用海藻酸钴水凝胶负载MSCs，以提高MSCs的移植存活率，特别是通过钴离子调控MSCs的旁分泌和分化作用，从而增强其促新生血管形成和神经再生的作用，并且发挥钴离子的抗菌功能，降低糖尿病足溃疡发生感染的概率。此外，我们还将利用新型聚集诱导发光（AIE）荧光纳米探针标记MSCs，通过分子影像技术无创、实时地监测MSCs在体内的行为，并且研究其作用机制。通过本项目提供新的MSCs培养支架和示踪方法，阐明负载MSCs的海藻酸钴水凝胶对糖尿病足溃疡的治疗效果及机制，以期为糖尿病足溃疡提供新的治疗策略和理论依据。

糖尿病足溃疡的发病机制主要与血管病变以及足部感染有关。血管病变会导致肢端缺血及微循环障碍，从而引起局部溃烂、感染、坏疽等。另一方面，感染是加重糖尿病足溃疡进展的一个重要条件，截肢的糖尿病患者中 85％是因足部溃疡深部细菌感染引起。因此，对创面进行抗菌治疗至关重要。在本项目中，我们构建出新型海藻酸钴复合创面敷料，并对其力学性能、细胞毒性、离子分散和释放动力学进行了研究。此外，我们还评估了这种敷料在动物模型中保持水分、吸收伤口渗出物、抑制细菌生长以及促进新生血管形成和组织再生的能力。实验结果表明，海藻酸钴复合敷料具有很好的抗菌性能和促血管生成等功能，同时还具有保湿、吸收创面渗出液、调节巨噬细胞炎症反应和诱导促愈合细胞因子表达的能力。这些作用通过促进胶原沉积、肉芽组织形成、再上皮化从而加速了创面的愈合。这些数据为海藻酸钴复合敷料广泛应用于糖尿病溃疡等创面治疗提供了理论依据。此外，我们还构建出刺突状表面二氧化硅纳米粒子/氧化石墨烯复合材料和钛酸钡/氧化石墨烯复合材料，这两种复合材料均具有很好的抗菌以及促新生血管形成和组织再生功能，可以促进糖尿病溃疡创面的修复和愈合。通过本项目的研究，我们发现赋予敷料多重性能并不是必须要增加制备材料的复杂性，使用普通的原材料以及简单的制备过程也可以获得多功能敷料，这一方面有一定的理论意义。这一项目的完成提供了多种糖尿病足溃疡敷料材料的制备技术，这些敷料材料均具有一定的临床应用潜力。