糖尿病溃疡是糖尿病患者中常见的严重并发症之一，它不仅给患者带来极大的痛苦，还可能导致截肢甚至死亡。传统的治疗方法往往效果不佳，难以从根本上解决糖尿病溃疡的愈合难题。

最近一项突破性的研究成果为糖尿病溃疡的治疗带来了新的曙光。浙江大学的彭丽华教授团队与澳门科技大学的江志红教授团队合作，开发了一种无线生物相容性热电水凝胶（HFN），并将其与人参来源的靶向修饰外泌体（RGE）结合，形成了一种新型的治疗系统（HFN-RGE），能够有效加速糖尿病溃疡的修复。这一成果发表在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》上。

 

无线热电水凝胶：创新的治疗策略

研究团队开发的无线热电水凝胶（HFN）是一种基于生物可降解的透明质酸和聚醚F127的双交联水凝胶。这种水凝胶通过“阳离子陷阱”效应产生定向电场，能够有效刺激皮肤细胞的迁移和组织再生。与传统的电刺激方法相比，HFN水凝胶具有完全可降解、生物相容性高、电场方向性好等优点，能够更好地模拟伤口内源性电场，从而提高愈合效率。

图2 HFN水凝胶的热电性能和力学测试

“阳离子陷阱”效应：定向电场的关键机制

HFN水凝胶的核心机制在于其独特的“阳离子陷阱”效应。透明质酸分子中含有大量的羧基，这些羧基在水凝胶中形成了一个带负电的环境，能够强烈吸附阳离子，从而阻碍阳离子的迁移，而阴离子则可以顺利地向冷端移动。这种高选择性的离子迁移使得水凝胶在两端产生温度差异时能够输出稳定的定向电场。实验结果显示，HFN水凝胶在0.1 M NaCl电解质条件下能够产生10.83 mV的输出电势，且可以稳定循环20次以上，显示出优异的电场稳定性和生物相容性。

图3 RGE和HFN-RGE的表征与评价

机械性能与生物相容性：临床应用的基础

除了电场效应外，HFN水凝胶还具有优异的机械性能和生物相容性。其最大拉伸应变超过200%，压缩应变约为81%，能够适应人体表面的变形需求。此外，水凝胶在经过多次拉伸和压缩后仍能完全恢复原状，显示出良好的抗疲劳性能。这些特性使得HFN水凝胶成为一种理想的伤口敷料材料，能够为糖尿病溃疡提供稳定的微环境支持。

对愈合皮肤的上皮再生和真皮再生的评价

靶向修饰外泌体：精准的血管新生信号

在糖尿病溃疡的治疗中，仅仅恢复内源性电场是不够的。血管新生是伤口愈合的关键环节，而传统的生长因子治疗存在成本高、稳定性差和潜在生物风险等问题。为此，研究团队引入了人参来源的外泌体（GE），并通过REDV肽修饰使其具有靶向内皮细胞的能力，形成了RGE。RGE能够精准地将治疗信号传递到受损的内皮细胞中，从而有效逆转内皮细胞功能障碍，促进血管新生。

图4 愈合皮肤中血管生成和肉芽组织形成的评价

RGE的靶向性与治疗效果

实验结果显示，RGE具有显著的靶向性，能够被内皮细胞特异性摄取。与未修饰的GE相比，RGE在高血糖条件下对内皮细胞的增殖、迁移和管状结构形成能力有更显著的促进作用。在体外实验中，RGE处理的内皮细胞显示出更高的细胞活力和迁移能力，管状结构的数量和长度也显著增加。这些结果表明，RGE能够有效地逆转高血糖引起的内皮细胞功能障碍，促进血管新生。

图5 单细胞水平的成纤维细胞和内皮细胞分析

HFN-RGE：电场与生物信号的协同治疗

将HFN水凝胶与RGE结合形成的HFN-RGE系统，能够同时提供定向电场和精准的血管新生信号，从而实现对糖尿病溃疡的综合治疗。在体内实验中，研究团队使用糖尿病小鼠模型验证了HFN-RGE的治疗效果。实验结果显示，HFN-RGE处理的伤口愈合速度最快，伤口闭合率在第6天时比空白组提高了2.59倍。此外，HFN-RGE还显著促进了皮肤的再上皮化和真皮再生，伤口部位的细胞排列更加有序，胶原纤维的沉积更加丰富且排列紧密，类似于正常皮肤组织。

单细胞RNA测序揭示的分子机制

为了深入了解HFN-RGE在糖尿病溃疡修复中的作用机制，研究团队还进行了单细胞RNA测序分析。结果显示，HFN-RGE能够显著影响多种细胞类型，包括成纤维细胞、内皮细胞和免疫细胞等。具体而言，HFN-RGE通过激活PPAR信号通路，调节成纤维细胞的迁移和胶原沉积，促进内皮细胞的增殖和血管新生，同时抑制炎症反应，从而实现对糖尿病溃疡的全面修复。

图6 HFN-RGE促进糖尿病溃疡愈合的分子机制

小结

这项研究开发的HFN-RGE系统为糖尿病溃疡的治疗提供了一种全新的策略。它不仅能够通过无线热电水凝胶产生稳定的定向电场，模拟伤口内源性电场，促进细胞迁移和组织再生，还能够通过靶向修饰的外泌体精准地传递血管新生信号，逆转内皮细胞功能障碍。这种电场与生物信号的协同治疗方式，为糖尿病溃疡的高效愈合提供了可能。

参考文献：

Tan, M., Liu, Y., Wang, Y., Li, Y., Wu, C., Jiang, Z., & Peng, L. (2025). Wireless Thermoelectric Hydrogel Recreates Biomimetic Electric Field and Angiogenic Signal Accelerating Diabetic Ulcer Repair. Advanced Functional Materials, 2025(2425610), 1-17. https://doi.org/10.1002/adfm.202425610

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