北京化工大学徐福建教授团队AM：新型智能水凝胶实现糖尿病伤口精准基因治疗，加速愈合进程

摘要：糖尿病慢性伤口难以愈合是糖尿病患者面临的严重并发症，其主要原因在于持续高血糖导致的局部缺氧和氧化应激。过量的活性氧（ROS）不仅直接损伤组织，还会升高炎症因子水平，破坏基质金属蛋白酶（MMP-9）与其抑制剂之间的平衡，尤其显著提升MMP-9的表达水平。高活性的

糖尿病慢性伤口难以愈合是糖尿病患者面临的严重并发症，其主要原因在于持续高血糖导致的局部缺氧和氧化应激。过量的活性氧（ROS）不仅直接损伤组织，还会升高炎症因子水平，破坏基质金属蛋白酶（MMP-9）与其抑制剂之间的平衡，尤其显著提升MMP-9的表达水平。高活性的MMP-9加速细胞外基质（ECM）中关键成分如胶原蛋白的降解，阻碍其重塑，并持续引发局部炎症，从而严重延迟伤口修复。因此，精准调控MMP-9表达，维持ECM合成与降解之间的动态平衡，成为解决慢性难愈合伤口的关键挑战。

近日，北京化工大学徐福建教授、许晨副教授和李杨副教授团队提出了一种基于小干扰RNA（siRNA）的精准基因治疗策略，通过智能响应材料实现控释递送，从而机制性干预糖尿病慢性伤口的病理过程。该系统以具有二硫键的阳离子超支化氨基糖苷（SS-HPT）为核心递送载体，将SS-HPT/siRMMP-9复合物嵌入具有氧化还原响应特性的透明质酸基水凝胶（OR-S凝胶）中，实现了对伤口微环境中活性氧（ROS）的双重调控。该水凝胶不仅能主动清除过量ROS、减轻氧化应激损伤，还能通过ROS介导的凝胶降解实现siRMMP-9的控制释放，显著提升治疗的时空精准性与生物相容性。体内外实验证实，该系统可有效下调MMP-9表达、重塑ECM、改善修复微环境，从而显著加速糖尿病慢性伤口的愈合。相关论文以“Microenvironment-Programmed siRNA-Based Hydrogel for Spatiotemporal Gene Silencing in Wound Healing”为题，发表在

Advanced Materials上，论文第一作者为Xu Zhixuan

研究人员首先对SS-HPT/siRMMP-9复合物进行了系统的物理化学表征与模拟分析。琼脂糖凝胶电泳表明，SS-HPT可在质量比为0.5及以上时完全缩合siRMMP-9，且在还原剂谷胱甘肽（GSH）存在下可实现siRNA的响应性释放。复合物的粒径随SS-HPT比例增加而减小，在质量比为40时稳定在180 nm左右，适用于细胞内存作用。Zeta电位分析显示复合物表面带正电，有利于与带负电的细胞膜相互作用，促进内化。细胞实验进一步证实，该复合物可有效沉默RAW264.7和NIH 3T3细胞中的MMP-9表达，且细胞毒性低于传统聚乙烯亚胺（PEI）载体。

图1. 用于伤口愈合时空基因沉默的微环境程序化siRNA水凝胶示意图该图展示了SS-HPT/siRMMP-9@OR-S凝胶系统的构建及其在糖尿病伤口中的作用机制。包括ROS响应释放、MMP-9沉默、炎症调控和ECM重塑等过程。

通过分子动力学模拟，团队还探究了不同接枝量（5%、10%、15%）的透明质酸-环糊精（HA-CD）和透明质酸-二茂铁（HA-Fc）与复合物之间的相互作用。模拟结果显示，10%接枝量的HA-CD和HA-Fc在与复合物结合时表现出最小的干扰和最优的释放潜力，为后续体内递送系统的构建提供了理论依据。

图2. SS-HPT/siRMMP-9复合物的理化表征与模拟分析 A-D) 凝胶电泳分析复合物在不同条件下的稳定性；E-F) 复合物粒径和Zeta电位随质量比变化；G-H) 细胞沉默效率与毒性评估；I-N) 分子模拟展示不同接枝量HA-CD和HA-Fc与复合物的相互作用。

在氧化响应性水凝胶（OR-S凝胶）的构建中，研究团队基于β-环糊精与二茂铁的主客体自组装作用，成功制备出具有明确氧化响应行为的超分子凝胶。流变学测试表明，该凝胶在氧化条件下存储模量（G′）显著下降，微观结构发生明显变化，孔洞增大、交联网络变细，显示出良好的氧化响应性与可控释放能力。载药后的SS-HPT/siRMMP-9@OR-S凝胶仍保持良好的均匀性和稳定性，荧光三维扫描证实复合物在凝胶中分布均匀。

图3. SS-HPT/siRMMP-9@OR-S凝胶的氧化响应性、基因控释与沉默效率 A-D) 氧化条件下水凝胶流变学与SEM微观结构变化；E-F) 载药凝胶的流变与荧光分布；G) AFM图像显示复合物形貌；H) 氧化条件下的释放曲线；I-J) 细胞摄取与内化率；K) MMP-9沉默效率；L-N) 体内滞留与响应释放荧光成像。

体外细胞实验显示，该凝胶系统能显著增强siRMMP-9的细胞内吞效率，并在RAW264.7和NIH 3T3细胞中持续抑制MMP-9表达。此外，通过小鼠糖尿病全层皮肤缺损模型，团队验证了该凝胶在体内的滞留性与响应释放特性。荧光成像表明，凝胶组在伤口处保持较长时间的药物滞留，并能根据ROS水平实现按需释放，在高ROS环境下加速释放，在低ROS环境下释放减缓。

图4. SS-HPT/siRMMP-9@OR-S凝胶促进糖尿病小鼠全层伤口愈合 A) 动物实验设计示意图；B-C) 伤口愈合宏观图像与愈合率统计；D-G) MMP-9免疫荧光与表达量分析；H-L) 组织切片染色与胶原定量分析。

动物实验结果显示，SS-HPT/siRMMP-9@OR-S凝胶治疗组在第10天时伤口愈合率高达96.4%，显著优于其他对照组。免疫荧光、qRT-PCR和ELISA分析进一步证实，该治疗可显著降低MMP-9在蛋白和mRNA水平的表达。组织学分析显示，凝胶治疗组伤口上皮化完整，胶原沉积显著增加，胶原I/III比例提高，表明愈合质量得到明显改善。