ACS Nano | 二氧化锰纳米酶整合的取向纳米纤维通过生长停滞特异性蛋白6介导的成纤维细胞-巨噬细胞通讯促进糖尿病伤口修复

慢性糖尿病伤口因过多而难以治疗 活性氧（ROS）、持续炎症以及功能障碍 新生血管形成会整体阻碍组织修复。这里，我们呈现 一种仿生比对的电离丝纳米纤维膜，由甲基丙烯酸盐组成 明胶和O-硝基苯基修饰明胶并功能化 利用二氧化锰（MnO2）纳米酶调控 伤口微环境。在补水和短暂的紫外线照射后， 该膜形成了一种近距离的纳米纤维水凝胶 适应不规则的伤床。在三种MnO2载荷中， 选定了含180 μg/mL MnO2的制剂 作为优化配方，因为它能削弱细胞内ROS。 同时促进成纤维细胞增殖和迁移，以及内皮 血管生成活性。机制性研究表明，优化的 水凝胶促进生长停止特异性蛋白的成纤维细胞分泌 6（Gas6），它能减弱炎症性巨噬细胞反应并增强 修复性巨噬细胞反应。Gas6击倒减弱 这些效应，而重组Gas6则重现了这些效应。单胞体 RNA测序发现了与治疗相关的伤口细胞变化 并建议Gas6相关的成纤维母细胞-巨噬细胞通讯 通过计算配体-受体分析。在链氨唑托素诱导的药物中 糖尿病小鼠，优化的水凝胶加速了伤口闭合和 血管增强、再上皮形成和胶原重塑。 这些发现确立了一种比对的纳米酶功能化纳米纤维 将氧化还原调控与Gas6相关的成纤维细胞到巨噬细胞的水凝胶 发出糖尿病伤口修复信号。

该研究以题为“Manganese Dioxide Nanozyme-Integrated Aligned Nanofibers Promote Diabetic Wound Repair through Growth Arrest-Specific Protein 6-Mediated Fibroblast-to-Macrophage Communication”发表在ACS Nano上。

图1

示意图 纳米酶驱动的粘着纳米纤维水凝胶示意图 （GSM@MMn）通过水合诱导的相变和紫外触发形成 电旋GelMA/GelNB（GSM）膜的交联 在优化中间体上，采用基于MnO2的NP纳米酶 剂量（180 μg/mL）a

图2

合成与结构 设计与多维表征 GSM@Mn纳米纤维水凝胶。（A） 示意图 GelMA/GelNB（GSM）网络的组成及ROS清除机制 基于嵌入的MnO2纳米颗粒（MnO2 NP） 纳米酶。（b） SOD拟态的定量评估（左）和 MnO2纳米酶的CAT模拟（右侧）酶活性 浓度逐渐增加。（C） 显示均匀的透射电子显形图 合成的MnO2纳米酶的形态学。（D） 高分辨率 TEM（HRTEM）图像显示清晰晶格条纹，带有平面间 间距为0.289牛米。（E–F）动态光散射（DLS）分析 显示流体动力学直径分布（E）和 Zeta 势 纳米酶的分布（F）。（G） X射线衍射（XRD）图案 MnO2纳米酶的成员。（H） 电旋转的光学照片 GelMA/GelNB和GelMA/GelNB@MnO的前体溶液2.（一）电旋装置的示意图 制造对齐的纳米纤维膜。（J） 单一的透射电子显距图像 纳米纤维（左）及对应的STEM-EDS元素映射（右） 确认了镍被包装在富含碳、氮和氧的聚合物中 《黑客帝国》。（K） 对齐GSM@MMn纳米纤维的SEM图像（左） 对应的颜色编码方向图（右图）。（左–中） 纤维比对的定量分析以方向性形式呈现 直方图（L）和极坐标图（M），显示高度的定向。 （N） 膜的静态水接触角（WCA）测量值 变化的MnO2浓度，显示出从 从疏水性到亲水性质。（O） SEM显微照片的比较 干燥、未交联电丝纤维的形态（顶部） 以及水化后的紫外交联水凝胶网络（见下）。 （P） 展示从干旱过渡的宏观照片 纤维垫在润湿和紫外线照射后形成凝聚的水凝胶片。 （Q） 拟议光触发瞬态的示意图 涉及的自由基与持久自由基耦合（PTPC）机制 在GelMA/GelNB网络形成中。

图3

机械， 流变学和粘着剂的表征GSM@Mn 水凝胶。（A）单轴拉伸测试的示意图 构造（左）和代表应力-应变曲线（右） 用于GSM、GSM@LMn、GSM@MMn和GSM@HMn水凝胶。（B） 的示意图 使用猪皮进行的腰剪切测试（左）及相应的 力-位移曲线（右侧），表示组织粘连 不同水凝胶配方的强度。（C） 宏观照片 展示了水凝胶的强韧附着力，能够牢固地保持 一个100克的砝码悬挂在两片绑定的猪皮之间。 （D）时间扫描流变剖面，监测储存模量 （G′）和紫外线触发胶化过程中的损失模量（G“）。 GSM、GSM@LMn、GSM@MMn和 GSM@HMn 的流程。（E） 照片展示 水凝胶与各种新鲜小鼠器官的粘附，包括 心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏。（F） 演示 水凝胶在猪皮上的粘附稳定性在动态作用下 机械挑战，包括弯曲、扭转、拉伸和 水冲洗声。（G）水凝胶的多功能性评估 对各种非生物基底的附着，包括粗糙和 光滑聚丙烯（PP）、金属、木材和玻璃。

图4

体外细胞相容性， 抗氧化能力， 以及GSM@L/M/HMn水凝胶提取物的血管生成评估。（A） 示意图 水凝胶提取物制备过程示意图 随后的体外细胞共培养装置 检测。（B）代表性活死染色L929成纤维细胞图像 用不同的水凝胶提取物培养1天、3天和5天（D1， D3和D5）（活细胞：绿色;死亡细胞：红色）。（C–D）定量 基于活/死染色（C）和细胞的细胞存活能力分析 使用CCK-8检测法（D）进行为期5天的增殖评估。（E） EdU用Hoechst 33342核染色（红色）的代表性图像 D5处为蓝色对应染色。（F） 代表性荧光图像 L929成纤维细胞中细胞内ROS清除的反应，并以 H2O2。ROS产生由DCFH-DA评估 染色，其中绿色荧光对应于ROS积累。 （G） 基于以下内容的L929成纤维细胞增殖定量分析 EdU染色。（H） DCF阳性细胞的定量分析 细胞内ROS积累。（一）L929的代表性图像 刮痕测定（0和12小时）及Transwell中的成纤维细胞迁移 HUVEC的测定（晶紫染色）和荧光图像 马特里杰尔管状结构（下排）。（J） 定量分析 划伤迁移率（%），即每细胞迁移数 Transwell中的场、交汇数和总分支长度 （像素）在管状形成测定中。

图5

体内糖尿病伤口愈合 疗效与组织学 组织再生评估。（A）动物的示意时间线 包括STZ诱导糖尿病模型建立、全层研究 伤口生成、伤口处理、连续影像检查、安乐死与组织处理 收获。（B）控制、GSM、GSM@LMn的代表性粗摄图像， GSM@MMn、GSM@HMn和Mepilex组分别位于第0、3、5、7、10和14天 治疗后。美皮莱克斯作为商业泡沫敷料的比较器使用。 （C） 六个伤口面积（%）随时间的量化 治疗组中显示出伤口愈合增强的效果，且 GSM@MMn中最显著的影响（***p < 0.001， GSM@MMn对比控制）。（D） 连续时间点的伤痕追踪图， 展示了每个组的收缩和闭合动态。（E） D14伤口组织的代表性H&E染色图像（上图） 面板：低倍率;底板：高倍放大），显示 再上皮化与整体组织结构。虚线框 表示扩大的区域。（F）马松议员的三色旗 D14伤口切片的染色图像（上面板：低倍; 底板：高倍放大图），显示胶原蛋白沉积和 重塑（蓝色胶原蛋白）。虚线框表示放大区域。 （G） 第5天所有六组伤口组织的IF染色 （红色）使用DAPI核反染剂（蓝色），评估早期血管生成。 （H） Cd31相对荧光强度的定量分析 在群体之间。数据以平均值±标准差（n = 3）表示。*p < 0.05， **p p < 0.01， p < 0.001，以及****p < 0.0001.

总结

针对糖尿病伤口ROS高、炎症持续、血管新生差，设计一种可光交联的仿生比对纳米纤维膜：甲基丙烯酰明胶与邻硝基苄基修饰明胶复合，负载MnO2纳米酶。补水加短时紫外后原位形成贴合不规则创面的纳米纤维水凝胶。比较三种MnO2载量，以180 μg/mL为优选；该浓度降低细胞内ROS，促进成纤维细胞增殖迁移和内皮血管生成。思路是先让材料贴合创面并调控氧化还原微环境，再用细胞功能筛配方，最后在STZ糖尿病小鼠中验证促愈合、血管化、再上皮和胶原重塑。

研究进一步把材料效应落到Gas6信号：优选水凝胶促使成纤维细胞分泌Gas6，推动巨噬细胞由炎症表型转向修复表型；敲低Gas6削弱效应，重组Gas6可复现。单细胞RNA测序结合配体-受体分析提示成纤维细胞与巨噬细胞间存在Gas6相关通讯。延伸看，这把纳米酶氧化还原调控与细胞间信号串联起来，为糖尿病伤口治疗提供了可解释、可优化的设计；后续可围绕Gas6通路、材料降解和临床转化做更细验证。

参考文献：

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