糖尿病患者的福音:南京大學開發出治療慢性傷口的微藻凝膠貼片

糖尿病是威脅人類健康和生命安全的重大疾病之一,並且糖尿病在全世界的患病率有逐年增高的趨勢。目前,多達25%的糖尿病患者因傷口血液循環不良和其他並發癥而出現慢性難愈合傷口,例如糖尿病足潰瘍(DFU),嚴重時可導致患者截肢。

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研究證明,糖尿病慢性傷口的延遲愈合是缺氧引起的新生血管受損的結果,因此,減少慢性傷口治療中的缺氧是糖尿病治療中迫切的臨床問題。但是,當前的氧氣療法,包括高壓氧(HBO)和局部氣態氧(TGO),主要采用氣態氧輸送,但隻有少量氧氣能夠穿透皮膚,因而在糖尿病治療的臨床應用中效果較差。

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亮點

近期,為提高氧氣進入皮膚的能力,南京大學醫學院胡一橋吳錦慧等開發瞭一種由活性微藻水凝膠制成的能產生溶解氧的傷口貼片AGP)。該貼片具有優異的氧氣輸送能力,其效率是TGO滲透皮膚效率的100倍以上。進一步的實驗表明,該貼片可促進糖尿病小鼠慢性創面愈合和皮瓣再生。微藻凝膠貼片可以提供持續的溶解氧,以改善慢性傷口愈合,此外,該貼片無毒且不會引起免疫應答,制造簡單成本低廉,這將成為用於DFU治療的新一代醫學療法。

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AGP的制備

研究人員設計瞭一種微藻凝膠貼片(AGP),可以簡單地覆蓋傷口並將溶解的氧氣輸送到傷口床中(圖1A)。在貼片中填充瞭直徑為1毫米的含有活微藻的水凝膠珠,可以吸收預先添加的碳酸鹽,以通過呼吸和光合作用產生O2和CO2。親水性聚四氟乙烯(PTFE)膜用作AGP的內襯,以允許清潔氣體和水雙向滲透並具有細菌過濾性能。當貼在傷口上時,由於不可滲透的聚氨酯薄膜被用作AGP的背襯,在敷料和傷口之間形成瞭一個密封系統(圖1,B和C)。

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圖1 AGP的制備及釋放溶解氧示意圖

AGP的O2皮膚滲透測試

如圖2所示,研究人員測量瞭裝置中氧氣通過插入存活小鼠皮膚的擴散程度。AGP裝置在光照條件下能夠穩定、連續地輸送高達240μM的溶解氧,但TGO裝置中沒有氧氣擴散。通過量化曲線下的面積,發現AGP的溶解氧輸送效率比TGO滲透皮膚的效率高100倍以上。

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圖2溶解氧輸送效率的示意圖

AGP治愈慢性傷口的測試

為瞭測試AGP在治愈慢性傷口中的功效,每天分別通過AGP(DM-AGP)和TGO治療(DM-TGO)治療糖尿病小鼠傷口。同時將未經治療的糖尿病小鼠傷口(DM-對照)和正常小鼠傷口(Non-DM)作為對照。如圖3所示,即使在15天後,糖尿病小鼠的傷口也很難愈合,而正常小鼠的傷口在12天後就可以愈合(圖3A)。用AGP治療的傷口愈合速度明顯快於糖尿病對照組和用TGO治療的傷口,在第6天達到瞭45%的愈合率,(圖3B)。從傷後第6天開始,AGP的表現優於其他組,到第12天,與正常小鼠相似,傷口面積的45%閉合(圖3C)。

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圖3 小鼠慢性傷口愈合性能測試

AGP促進皮瓣再生

研究人員在自體皮膚移植模型上評估瞭AGP對慢性傷口皮瓣存活的作用。實驗組包括正常小鼠對照組、糖尿病小鼠對照組和TGO或AGP治療的糖尿病小鼠。如圖4所示,糖尿病小鼠的皮瓣在第2天迅速顯示遠端壞死,然後在第4天完全壞死並脫落,暴露出下面的潰瘍。盡管正常小鼠沒有受慢性傷口影響,但皮瓣仍不能完全存活,第2天後皮瓣的遠端輕微壞死,第6天開始脫落(圖4A)。與正常小鼠相比,DM-AGP的皮瓣壞死率更低(圖4C)。

通過評估皮瓣的實時血流發現,在非DM,DM-Control和DM-TGO組的圓圈區域中,壞死的皮膚完全脫落並潰爛,在AGP治療組中,未發現壞死性皮膚,移植物產生的紅色與正常皮膚相似(圖4B)。這些結果表明AGP在促進慢性傷口的皮瓣存活中發揮積極作用。

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圖4小鼠皮瓣再生測試

總結

綜上所述,研究人員證明瞭利用具有穩定儲存特性、易於制備和處理的可粘附微藻水凝膠貼片將天然,高度可靠的濕氧輸送到組織的新概念的潛在可行性。我們相信這種方法不僅是糖尿病患者的福音,同樣可用於細胞因子治療、無創幹細胞治療和藥物遞送等其他治療,有望在臨床醫療領域得到廣泛應用。

原文鏈接:

https://advances.sciencemag.org/content/6/20/eaba4311

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