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IF:10《AHM》復旦陳峰/同濟趙新宇:聚酚修飾的Mg-Zn層狀氫氧化物微針重塑糖尿病口腔微環(huán)境修復黏膜
專欄:學術前沿
發(fā)布日期:2025-03-13
作者:創(chuàng)賽科研

糖尿病口腔潰瘍持續(xù)的炎癥狀態(tài),高血糖環(huán)境促進活性氧(ROS)過度積累和晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs)水平升高,引發(fā)細菌感染并加劇炎癥,對愈合構成挑戰(zhàn)??谇粷儾课坏膭討B(tài)微環(huán)境,包括持續(xù)的肌肉活動和唾液分泌,使得藥物難以在局部有效積累,限制了治療效果。同時,口腔黏膜的生理屏障作用也阻礙了藥物的滲透,使得傳統(tǒng)治療方法難以實現(xiàn)持久的藥物釋放和有效的組織修復。


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針對上述問題復旦大學陳峰/同濟大學趙新宇、鄭龍坡教授設計了一種多功能可溶性微針貼片,利用聚谷氨酸(γ-PGA)作為基質,負載槲皮素(Qu)修飾的Mg-Zn層狀氫氧化物鹽(LHS)納米片,通過微針穿透口腔黏膜,實現(xiàn)藥物的透皮傳遞,從而調節(jié)傷口微環(huán)境,促進潰瘍愈合。該文章于2025年02月11日以Polyphenol-Modified Mg?Zn Layered Hydroxide-Contained Microneedle Patch Enhance Mucosal Repair by Remolding Diabetic Oral Microenvironment為題發(fā)表于Advanced Healthcare Materials》(DOI10.1002/adhm.202403883)。

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LHSQ-MN微針貼片設計及作用示意圖

(1)LHSQ的合成與表征

圖1a中LHS的SEM圖像可清晰呈現(xiàn)由薄納米片組成的皺褶形態(tài)。圖1b和c分別展示了LHSQ的SEM和TEM圖像,表明其同樣具有由薄納米片構成的結構。圖1d的EDS元素映射結果顯示,Zn、Mg、O和C元素在LHSQ中均勻分布。圖1e的FTIR光譜顯示,LHSQ在788和1320 cm?1處有吸收峰,分別對應于LHS中的-OH和Qu中的C-OH,證實了Qu成功結合到LHS上。圖1f的XRD圖譜表明LHSQ由Mg-Zn層狀羥基鹽組成。圖1g的XPS進一步驗證了LHSQ的元素組成,其中C1s光譜在285.1、286.6和289.1 eV處有峰,分別對應于sp2C、C-O和C=O(圖1h),Mg2+的特征峰位于1304.5 eV(圖1i),Zn 2p3/2,Zn 2p1/2光譜大約在1022.6和1045.5 eV處有峰,對應于Zn2+的特征峰。這些結果表明LHSQ復合材料中存在Mg2+、Zn2+Qu。

(2)LHSQ-MN的合成與表征

圖2a描述了LHSQ-MN貼片的制備過程,其由γ-PGA制成的可溶性微針陣列組成,負載了經(jīng)過Qu修飾的Mg-Zn層狀羥基鹽(LHSQ)納米片。圖2b展示了MN模具和制備好的貼片的實物照片,表明其具有均勻的針陣列結構。圖2c的SEM圖像顯示了LHSQ-MN貼片的表面形貌,其針尖呈錐形,高度為500 μm,基底直徑為200 μm。圖2d的EDS元素映射結果證實了Zn、Mg、O和C元素在LHSQ-MN貼片中均勻分布,表明LHSQ已成功均勻地結合到貼片中。圖2e的機械性能測試顯示,LHSQ-MN貼片在受到161.9 N的機械力時發(fā)生破壞,表明其具有良好的機械強度,有利于有效穿透黏膜。圖2f展示了LHSQ-MN貼片在不同時間點的吸水膨脹情況,表明其具有良好的生物降解性。


圖1 LHS和LHSQ的表征。(a)LHS的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像;(b)LHSQ的SEM圖像和(c)透射電子顯微鏡(TEM)圖像;(d)LHSQ的能量色散光譜(EDS)元素分布圖;(e)Qu、LHS和LHSQ的傅里葉變換紅外光譜(FTIR);(f)LHS和LHSQ的X射線衍射(XRD)圖譜;(g)LHSQ的X射線光電子能譜(XPS);(h-j)LHSQ的C1s、Mg1s和Zn2p的高分辨XPS光譜

圖2 LHSQ-MN的合成和表征。(a)LHSQ-MN的合成示意圖;(b)MN模具和貼片;(c)LHSQ-MN貼片的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像;(d)LHSQ-MN貼片的自上而下的SEM圖像和能量色散光譜(EDS)元素繪圖;(e)MN的機械性能;(f)在不同時間點(75%濕度箱,室溫)吸濕后MN的明場形態(tài)學圖像

(3)LHSQ-MN的體外抗菌性能

圖3a的平板計數(shù)法結果顯示,LHSQ-MN貼片對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和變異鏈球菌均表現(xiàn)出顯著的抗菌效果,抗菌率分別為97.5%、98.2%和93.1%。圖3b-d的定量統(tǒng)計進一步證實了LHSQ-MN貼片對這三種細菌的高效抗菌活性。圖3e的SEM圖像顯示,與對照組相比,LHSQ-MN處理后的細菌細胞膜出現(xiàn)明顯的破裂和損傷,表明其通過破壞細菌細胞膜來實現(xiàn)抗菌效果。這些結果表明,LHSQ-MN貼片具有廣譜抗菌性,能夠有效抑制口腔潰瘍中的細菌感染。


圖3 不同MN的抗菌性能的體外評價。(a)瓊脂平板抗菌實驗;(b-d)對S. aureus、E. coli和S. mutans的抗菌率;(e)通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察S. aureus、E. coli和S. mutans的損傷情況

(4)不同MN貼片的毒性、增殖、遷移和血管生成

圖4a-b的細胞增殖實驗結果顯示,LHSQ-MN貼片對HUVEC和HOK細胞的增殖具有顯著促進作用,且LHSQ-MN組的增殖能力優(yōu)于LHS-MN組。圖4c-d的劃痕實驗表明,LHSQ-MN貼片能夠顯著促進HUVEC細胞的遷移,剩余劃痕面積分別為原始面積的24.8%和31.1%。圖4e-f的Transwell實驗進一步證實了LHSQ-MN貼片對HUVEC細胞遷移的促進作用。圖4g-h的血管生成實驗顯示,LHSQ-MN組形成了更多的管狀結構,表明其具有良好的血管生成能力。


圖4 MN的體外生物相容性。(a)與不同樣品孵育后HUVEC在450 nm處的吸光度;(b)HOK細胞與不同樣品孵育后在450 nm處的吸光度;(c)不同組的劃痕面積分析;(d)劃痕試驗中HUVEC的遷移圖像;(e)各組遷移細胞數(shù)分析;(f)transwell實驗中HUVEC的結晶紫染色圖像;(g)不同組HUVEC的血管生成圖像;(h)HUVEC中的節(jié)點數(shù)量

(5)體外抗氧化特性

與不同濃度LHSQ孵育,ABTS自由基清除在734 nm處有UV吸光度(圖5a),濃度為60μg/ mL 時,清除效率高達63.7%(圖5d);DPPH自由基在525 nm附近有明顯的紫外吸收峰(圖5b),清除效率在60μg/ mL時達到71.7%(圖5e);LHSQ對?OH的清除效率隨其濃度的增加而增加,在濃度為60 μg/ mL時達到峰值69.1%(圖5c,5f)。圖5g-h,細胞內(nèi)ROS水平檢測結果顯示,LHSQ-MN處理組的HOK細胞內(nèi)ROS水平顯著降低,接近正常細胞狀態(tài),表明LHSQ-MN能夠有效減輕氧化應激。

(6)糖尿病口腔潰瘍創(chuàng)面的體內(nèi)愈合

圖6a通過70%冰醋酸誘導大鼠口腔潰瘍模型,LHS-MN和LHSQ-MN貼片作為實驗組,商業(yè)西瓜霜(WF)作為陽性對照組,未處理組作為陰性對照組。圖6b-d顯示了治療6天內(nèi)潰瘍面積的變化,LHSQ-MN組的潰瘍愈合率在第4天達到73.9%,第6天達到97.3%,顯著高于WF組和未處理組。圖6e-h的HE和Masson染色結果顯示,LHSQ-MN組在第3天和第6天的組織學評價中,炎癥細胞減少,潰瘍面積縮小,第6天幾乎完全再生上皮和有序的膠原纖維。


圖5 LHSQ在清除自由基和ROS方面的抗氧化特性。(a-f)不同濃度LHSQ對不同自由基的吸收曲線和清除能力;(g)HOK中ROS水平的熒光照片;(h)細胞內(nèi)ROS水平的定量分析


圖6 不同MN治療糖尿病口腔潰瘍的體內(nèi)評價。(a)實驗方案;(b)不同組粘膜愈合圖;(c)粘膜愈合軌跡圖;(d)創(chuàng)面愈合效率;(e, f)不同組的蘇木精-伊紅(HE)染色;(g, h)不同組的Masson染色

(7)組織學評價抗炎、再生粘膜、成血管細胞和巨噬細胞極化的評估

圖7a的免疫組化染色結果顯示,LHSQ-MN組在第6天的再生口腔黏膜中,角蛋白(CK13)的表達顯著增加,表明上皮再生完全覆蓋。圖7b和c的免疫組化分析顯示,LHSQ-MN組在第3天的IL-10表達顯著增加,而TNF-α表達顯著降低,表明其具有顯著的抗炎效果。圖7d的免疫熒光染色顯示,LHSQ-MN組在第6天的CD31陽性新血管生成顯著增加,表明其促進了血管生成。圖7e的免疫熒光分析顯示,LHSQ-MN組在第3天的M2巨噬細胞(Arg-1陽性)顯著增加,而M1巨噬細胞(iNOS陽性)顯著減少,表明其能夠調節(jié)巨噬細胞極化,減少炎癥反應。圖7f-h的定量分析進一步證實了這些結果,表明LHSQ-MN貼片在治療糖尿病口腔潰瘍方面具有顯著的療效。


圖7 組織學評價抗炎、再生粘膜、成血管細胞和巨噬細胞極化的評估。(a)CK13抗體免疫組化染色;(b)IL-10免疫組化染色;(c)TNF-α免疫組化染色;(d)CD31抗體的免疫熒光染色;(e)iNOS和Arg-1的免疫熒光染色;(f-h)CD31、iNOS和Arg-1在再生口腔黏膜中的表達水平定量

 研究小結 
本研究提出了一種基于聚谷氨酸(γ-PGA)的可溶性微針(MN)貼片,負載槲皮素(Qu)修飾的鎂鋅層狀氫氧化鹽納米片(LHSQ),旨在重塑糖尿病口腔微環(huán)境以促進黏膜修復。研究實現(xiàn)了微針貼片的制備與表征,證實了其抗菌、促細胞增殖與遷移、抗氧化及抗炎性能,并在糖尿病大鼠口腔潰瘍模型中驗證了其治療效果。本研究創(chuàng)新性地結合層狀氫氧化鹽與微針技術,為糖尿病口腔潰瘍治療提供了新策略。

LHSQ-MN貼片的抗菌性能為其在感染性傷口治療中的應用提供了可能,其廣譜抗菌效果可以有效預防和治療感染。從細胞實驗到動物實驗,研究結果一致表明LHSQ-MN貼片能夠促進細胞增殖、遷移和血管生成,加速傷口愈合。未來的研究可以進一步探索LHSQ-MN貼片在其他慢性傷口中的應用,以及其在人體臨床試驗中的安全性和有效性。同時,還可以研究不同濃度和配方的LHSQ對治療效果的影響,以優(yōu)化貼片的設計和制備工藝。


上一頁:IF:15.8《ACS Nano》南京大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院周敏:用于血管周圍基因遞送和血管內(nèi)膜增生治療的多功能微針貼片
下一頁:IF:13.2《Nano Today》南昌大學王小磊:受冰啤酒啟發(fā)的多功能納米酶快速清除血栓與長效氫氣釋放治療缺血性卒中

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