西南交通大学鲁雄教授《AFM》：导电纤维素水凝胶与电刺激耦合用于糖尿病皮肤伤口修复

糖尿病是严重威胁人类健康的全球性多发病，由于血液循环不良，糖尿病患者的伤口需要比正常皮肤伤口更长的时间才能愈合。为了促进伤口愈合，伤口敷料对于修复皮肤和重建皮肤功能至关重要。近年来，大量研究报道外电场刺激能够指导皮肤伤口愈合和组织再生所需的细胞沿着电场梯度向损伤部位迁移，是一种促进伤口修复的有效治疗手段，在组织再生领域深受关注。为了进一步加快伤口愈合，构建导电伤口敷料用于响应生理电信号及伤口部位的外部电场刺激，将有助于将电信号更有效地传导和分配到受损组织中以促进皮肤伤口愈合。

鉴于此，西南交通大学鲁雄教授及中国海洋大学韩璐教授报道了基于二维导电纤维素纳米片自组装形成的具有良好柔性、生物稳定性、导电性和细胞/组织亲和力的导电纤维素水凝胶（PGCNSH），并将其与外加电刺激耦合用于增强细胞粘附及增殖，从而加速糖尿病创面的愈合（图1）。相关成果以“Conductive cellulose bio-nanosheets assembled biostable hydrogel for reliable bioelectronics ”为题发表于《Advanced Functional Materials》。西南交通大学博士研究生闫力维为该论文第一作者。该研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金等项目支持。

首先，基于良好的细胞亲和性和在生理环境中稳定的导电性，PGCNSH水凝胶可以在外电场辅助下调控细胞行为。作者以C2C12成肌细胞为例，将其培养在导电PGCNSH和纯纤维素水凝胶表面，并通过自制高通量电刺激装置对C2C12细胞施加不同的刺激电压（0、300和900 mV），研究水凝胶协同电刺激对细胞行为的影响。实验结果表明，在无电刺激条件下，相比于纯纤维素水凝胶， C2C12细胞在PGCNSH水凝胶表面更有利于的粘附和增殖被检测出更高的增殖活性和更多粘着斑的形成。此外，施加适当的外场电压刺激（300 mV）能够进一步增强PGCNSH水凝胶表面C2C12细胞的增殖，粘附及向肌管方向分化的能力。其次，该导电PGCNSH水凝胶在体内也能传递电刺激，与外部电刺激的耦合作用下，促进糖尿病伤口创面的修复。将PGCNSH和RCH凝胶植入在糖尿病老鼠背部皮肤伤口部位，并在伤口两侧施加电刺激。大体观察结果表明，相比于非电疗组（-ES），电疗组（+ES）展示出更快的伤的闭合速率；且PGCNSH+ES治疗组的伤口闭合率明显高于其他组，其伤口创面在28天后基本愈合。此外，组织学切片染色和免疫荧光染色表明，PGCNSH+ES治疗组的伤口具有较少的肉芽组织填充，较多的胶原沉积以及更高α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达，这些结果都说明了导电PGCNSH凝胶作为“电子皮肤”在电疗耦合作用下具有促进慢性伤口修复的潜力。该研究成果通过将导电性纤维素基水凝胶敷料与电刺激耦合，为加速糖尿病伤口修复过程提供了有效的协同治疗策略。

图1 具有生物稳定性和细胞亲和性的PGCNSH凝胶作为电刺激器用于调控细胞行为及促进糖尿病伤口修复。原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010465