糖尿病伤口是一种慢性且难愈合的伤口，其复杂的抑制性微环境由高血糖、缺氧和持续炎症主导，进而引发多种细胞功能障碍。伤口愈合过程包括止血、炎症、增生和重塑等多个复杂且重叠的阶段，然而，由于微环境失衡，这些阶段在糖尿病伤口中常被打乱，导致伤口愈合困难。目前，随着组织工程学科的迅速发展，设计负载有指导性信号的生物活性材料，以有效调控多细胞功能并重塑多维微环境，已成为一种有潜力的糖尿病伤口修复策略。

近日，清华大学王秀梅教授在期刊《Bioactive Materials》上，发表了最新研究成果“Anisotropic structure of nanofiber hydrogel accelerates diabetic wound healing via triadic synergy of immune-angiogenic-neurogenic microenvironments”。研究者通过液态接收的静电纺丝技术，成功制备了多级定向的纳米纤维蛋白水凝胶（AFG）。该水凝胶具有各向异性的结构信号，能够显著增强粘附细胞的机械敏感性，从而调节多种细胞功能，包括形状诱导的巨噬细胞表型极化、施旺细胞的形态成熟、成纤维细胞定向的细胞外基质沉积，以及内皮细胞血管化的增强。为了进一步调节多微环境间的相互作用，研究者通过多肽分子自组装技术，为该定向纳米纤维水凝胶加载了血管内皮生长因子（VEGF）模拟肽（KLT），作为生物活性信号，进一步协调免疫、血管生成和神经生成三重微环境的相互作用。该定向纳米纤维水凝胶（AFGKLT）有效优化了多维微环境，加速了糖尿病慢性伤口的愈合，为各向异性材料在伤口愈合中的应用提供了新思路。

图1 AFGKLT水凝胶的制备流程及作用机理

图2 AFGKLT纳米纤维水凝胶的物理性能表征

实验表明，通过液态静电纺丝技术制备的定向纤维水凝胶具有约200 nm的均匀纤维直径和高度定向的纤维排列。该水凝胶的定向纤维结构不仅显著提高了多肽的接枝效率，还优化了多肽的缓释性能，确保了生物活性信号的持续和稳定释放。此外，AFGKLT水凝胶还显示出优异的物理性能，含水量及亲水性显著增强，与天然细胞外基质更为相似，为细胞提供了理想的微环境，有助于支持细胞粘附及功能发挥。

图3 AFGKLT调控多种细胞的行为

体外实验结果表明，功能化定向纤维水凝胶（AFGKLT）通过协同递送定向物理结构和生物活性多肽，有效调控多细胞行为，促进了血管内皮细胞的募集与血管化、巨噬细胞的抗炎极化、施旺细胞的成熟，以及成纤维细胞的迁移与定向骨架延伸。研究者创新性地结合水凝胶的物理结构和生物活性信号，实现了多细胞功能的协同调控。

图4 AFGKLT水凝胶通过优化伤口微环境加速糖尿病伤口愈合

在糖尿病大鼠皮肤伤口修复实验中，AFGKLT水凝胶治疗组展现出显著的伤口愈合效果，术后4周伤口愈合率高达92.5%。组织学分析进一步证明，AFGKLT水凝胶通过重塑糖尿病慢性伤口中的炎症-血管-神经三重微环境，优化了皮肤再生的微环境，促进了胶原的有序积累及毛囊新生，最终加速了糖尿病慢性伤口的愈合。

该研究突出表明各向异性材料能够通过多细胞行为调控实现多维度微环境重塑，从而实现糖尿病慢性伤口修复，为各向异性材料在伤口愈合中的应用提供了新思路。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2025.01.004

团队简介：

王秀梅，清华大学材料学院研究员，教授、博士生导师，再生医学与仿生材料研究所所长。长期致力于生物医用材料的基础研究及临床转化应用研究，成功构建人工颅骨材料及神经损伤修复材料的产、学、研一体化创新闭环示范平台，并取得一系列丰硕成果。王秀梅教授先后主持了多项国家级科研项目，累计发表生物材料相关SCI论文近200篇，曾荣获国家自然科学二等奖、北京市科学技术奖二等奖等多项荣誉。目前担任中国生物材料学会常务理事、中国生物材料学会神经修复材料分会主任委员等多个重要学术职务。