基于调控糖尿病溃疡再生修复局部微环境的三维材料/细胞复合物的应用基础研究

本项目基于糖尿病溃疡难以治愈这一难题，针对局部微环境中生长因子和细胞外基质两方面因素，设计并优化合成新型生物相容性的酸敏感天然高分子水凝胶材料，有效负载转基因成纤维细胞，构建智能化三维材料/细胞复合物；依据溃疡微环境的特征，实现可控性释放生长因子与细胞外基质，调控糖尿病溃疡再生修复，以促进难愈性溃疡愈合；从细胞和分子水平上揭示材料表面/界面的组成、结构，特别是分子结构和纳米尺度微结构对体内蛋白、生长因子、功能基因和细胞的相互作用，从而明确三维复合材料在糖尿病溃疡愈合中的作用及其内在机制。本项目为治疗糖尿病难愈性溃疡研究提供一条新方法和途新径，实现组织工程化成纤维细胞通过调控溃疡局部微环境实现组织再生修复，有望在临床糖尿病足溃疡治疗的实际问题上取得突破。

本项目基于糖尿病溃疡难以治愈这一难题，针对局部微环境中生长因子和细胞外基质两方面因素，融合细胞外基质类似物葡聚糖和壳聚糖，设计并合成旨在促进伤口愈合的新型水凝胶材料。以葡聚糖和超支化聚缩水甘油醚为原料通过主客体相互作用有效结合成三维网络状的超分子水凝胶（AD-g-HPG/CD-g-Dex），制备条件简单温和，无须添加催化剂或引发剂等有毒有害物质，有效避免了化学合成物的生物毒性问题，拓宽其在医学生物领域的应用。该类水凝胶切面微观形态学呈典型三维孔洞结构，其溶胀性能在2 min内迅速达到平衡，高达185%，为其应用于细胞支架和药物载体材料奠定了良好基础；同时AD-g-HPG/CD-g-Dex水凝胶对胰岛素等蛋白类药物的具有良好负载能力，体外药物释放长达24 ；与NIH 3T3细胞共培养后的细胞存活率均在80%以上，具有良好的生物相容性。通过溴乙锭/吖啶橙复合荧光染料法（AO/EB）染色后的荧光显微镜观察，实现NIH 3T3细胞的成功负载，细胞状态良好，成功构建三维材料/细胞复合物。进一步针对伤口易感染问题，通过迈克尔加成制备出具有广谱抗菌性能新型巯基化壳聚糖与马来酸化葡聚糖复合水凝胶（CNDM），具有良好的热稳定性和大孔多孔结构，水凝胶溶胀率进一步提高，达250%。水凝胶浓度低于2 mg/mL的细胞增殖率均大于80%，且随时间延长，体现出促进细胞生长的作用，证明该凝胶有望促进伤口愈合。该水凝胶对革兰氏阴性菌有一定抑菌效果。而革兰氏阴性菌和阳性菌与载药水凝胶相互作用1 h后均呈红色荧光，证实了包药凝胶的广谱抗菌能力。CNDM水凝胶不仅提供了伤口的物理屏障，更提供了对微生物的针对性防御，有望作为敷料促进伤口愈合。此外，为克服传统敷料易粘连伤口，更换敷料时易破坏新生的上皮组织引起再次出血加重病情的问题，本项目通过调节结构与组成，制备出抗蛋白和细胞粘附的水凝胶。依据溃疡微环境中生长因子缺乏的特征，进行负载碱性成纤维细胞因子水凝胶材料促进糖尿病难愈性溃疡愈合的体内实验，发现负载神经生长因子水凝胶可通过调节生长因子、形成伤口抗感染保护层和提供细胞生长所需的优良湿润环境进而加快伤口修复，为治疗难愈性溃疡提供一条新途径。