生物3D打印水凝胶加速愈合糖尿病伤口

糖尿病是一种常见且严重的慢性代谢性疾病，其主要特征是体内血糖水平持续升高，由于胰岛素的不足或细胞对胰岛素的反应异常引起，需要持续的自我管理和医疗监护，以减少并发症的风险，提高生活质量。

糖尿病可分为两种主要类型：Ⅰ型糖尿病和Ⅱ型糖尿病。Ⅰ型糖尿病通常在年轻年龄阶段发病，其主要原因是免疫系统攻击胰腺内产生胰岛素的β细胞，导致胰岛素严重不足，患者需要依靠外部胰岛素注射来维持生命。而Ⅱ型糖尿病多发生于成年人，其特点是细胞对胰岛素的反应减弱，导致胰岛素的生物效应下降，最终引发高血糖问题。

高血糖是糖尿病的核心症状，长期高血糖会损害全身各个器官系统，引发一系列严重的并发症。这些并发症包括但不限于：心血管疾病、神经病变、肾脏疾病、眼部疾病（糖尿病视网膜病变）、足部溃疡等。此外，糖尿病还会影响骨骼健康和创面愈合能力。

骨骼影响
– 骨质疏松：长期高血糖状态可能干扰钙质代谢，导致骨组织流失，从而增加骨折的风险。糖尿病患者的骨密度会降低，使得骨骼更脆弱。

– 骨折风险增加：糖尿病患者由于神经功能受损，导致对疼痛的感知降低，增加了骨折的风险。糖尿病相关的微循环问题，导致血管闭塞和新生血管减少，也会影响骨骼愈合。

– 关节病变：糖尿病可能导致关节炎、骨关节病等关节问题。这与糖尿病引发的炎症、血管病变等因素有关。高血糖还会导致糖化终产物的积累，损害骨骼蛋白质的结构和功能。

创面愈合影响

– 延缓创面愈合：高血糖状态可能影响创面愈合的各个阶段，包括炎症期、增生期和修复期，导致创面愈合时间延长，增加感染、溃疡等并发症的风险。

– 感染风险增加：糖尿病患者由于免疫功能下降，容易受到细菌和其他微生物的感染，这会延缓创面的愈合进程。

– 血液供应不足：高血糖状态影响微血管的健康，减少血液流向创面，导致创面缺氧，进而影响创面的愈合。

– 瘢痕形成：糖尿病可能导致创面愈合不完全，留下瘢痕组织，影响功能恢复和外观。

为探索有效治疗方法，上海交通大学戴尅戎院士、王金武团队进行了多方面的研究。

由于巨噬细胞极化功能障碍和骨缺损区域的炎症微环境，糖尿病患者的骨缺损修复仍然是临床治疗中的一个挑战。装有活细胞和生物活性因子的生物3D打印支架可以改善细胞活力和炎症微环境，并进一步加速骨修复。支架上装有骨形态发生蛋白4 (BMP-4) 、骨髓间充质干细胞 (BMSCs) 和巨噬细胞。介孔二氧化硅纳米颗粒 (MSN) 不仅能提高了支架的机械强度，还能赋予持续释放BMP-4的能力。研究发现支架促进巨噬细胞极化为M2型，分泌抗炎因子，降低促炎因子的水平，从而减少炎症并促进骨修复。MSN释放的BMP-4和M2巨噬细胞分泌的BMP-2共同刺激了生物3D打印支架中BMSC的成骨分化。此外，动物模型结果也证明支架能明显加速糖尿病大鼠的骨修复。综上所述，含有BMP-4、BMSCs和巨噬细胞的生物3D打印支架可能是改善糖尿病患者骨修复的有效方法。

 团队针对糖尿病感染的慢性伤口难愈合的问题，开发了一种原位形成的水凝胶，具有活性氧（ROS）响应性和抗菌特性。通过逐步添加DL-二硫苏糖醇、聚乙二醇二丙烯酸酯和苯基硼酸改性ε-聚赖氨酸来设计和合成水凝胶。水凝胶可以提供填充伤口缺陷并保护伤口免受细菌侵害的物理屏障。它还表现出优异的吸水性和H2O2消耗能力，可以响应过量的氧化微环境，促进伤口愈合。该水凝胶表现出良好的生物相容性和抗菌活性，抑制细菌生长并加速感染伤口的愈合。在糖尿病慢性全层皮肤缺损愈合试验中，水凝胶通过炎症调节和胶原蛋白沉积促进伤口收缩和愈合。总体而言，该水凝胶显示出加速感染糖尿病伤口愈合的潜力，并且可能成为慢性伤口愈合的可行材料。

此外，糖尿病足是糖尿病患者最常见的并发症之一。糖尿病足定义为：糖尿病患者由于并发神经病变及不同程度的末梢血管病变而导致的下肢感染、溃疡形成和/或深部组织的破坏，是糖尿病致死、致残的重要原因。可采用3D打印矫形鞋垫进行预防，针对糖尿病足设计具有跖骨球支撑、足弓支持的鞋垫，采用低摩擦、柔软的材料制作鞋垫敷面，更好地分散足底压力，最大程度地减小磨擦。