Reactive Oxygen Species‑Responsive Prodrug‑Integrated Electrospun Nanofibrous Dressings for Diabetic Wounds: In Vitro Antibacterial and Repair‑Related Evaluation

论文概要

该研究针对糖尿病伤口细菌感染与氧化应激微环境失调的问题，设计了一种活性氧（ROS）响应型前药整合电纺纳米纤维敷料。通过将ROS响应前药DHU-T、单宁酸（TA）和二甲双胍（Met）共载于PLGA/明胶纳米纤维中，实现了按需抗菌释放与组织修复促进。体外实验表明，DHU-T可被感染部位高浓度的次氯酸（HOCl）选择性激活，释放三氯生（TCS）和亚甲蓝（MB），并伴随荧光开启，降低基底细胞毒性。敷料纤维膜具有良好理化性质、血液相容性及pH依赖性释放行为（碱性条件促进释放）。在高糖诱导的氧化应激细胞模型中，该敷料支持成纤维细胞增殖与迁移，含二甲双胍组更能保护F-肌动蛋白组织。研究证实，ROS响应前药与电纺技术结合为构建多功能糖尿病伤口敷料提供了可行策略。

知识结构

1. 研究背景与问题

• 糖尿病伤口微环境特征：高血糖、持续炎症、线粒体功能障碍导致ROS过量积累（如HOCl），同时存在细菌感染和慢性炎症，阻碍正常愈合。
• 传统敷料局限：功能单一、活性剂被动释放导致局部毒性。
• 现有ROS响应系统不足：依赖载体材料，响应阈值高、可控性差、渗透性有限。

2. 材料设计策略

• 核心前药DHU-T：将三氯生（TCS）与亚甲蓝（MB）衍生物通过ROS敏感连接臂偶联，形成前药。DHU-T仅在高ROS环境（如感染伤口HOCl）下被选择性激活，释放TCS（抗菌）和MB（荧光指示），同时降低TCS的固有细胞毒性。
• 电纺纳米纤维载体：采用PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物）与明胶共混电纺，提供高比表面积和局部递送能力。
• 额外功能成分：
• 单宁酸（TA）：与明胶形成氢键，赋予pH响应释放特性（碱性条件促进释放）；同时具有抗氧化活性。
• 二甲双胍（Met）：促进成纤维细胞增殖、迁移，保护细胞骨架（F-肌动蛋白）。

3. 体外性能与表征

• 前药响应性：DHU-T对HOCl快速响应（30分钟内），对其他ROS/活性物质选择性低；激活后荧光显著增强，可用于实时监测。
• 细胞毒性：相比游离TCS，DHU-T在无HOCl时对NIH-3T3细胞毒性显著降低；加入HOCl后毒性恢复，实现按需激活。
• 抗菌活性：DHU-T+HOCl处理后，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率随浓度升高而上升，与游离TCS相当。
• 纳米纤维性能：
• 纤维形态均匀，直径约数百纳米，元素分布（Cl、S等）证实各组分成功负载。
• 孔隙率高（＞80%），有利于气体交换和渗出液吸收。
• FTIR显示各成分化学结构保留；TGA表明热稳定性满足应用要求。
• DPPH自由基清除实验证实TA赋予纤维抗氧化能力。
• 水接触角测试显示纤维具有适度亲水性（10秒接触角约40°），利于细胞黏附。
• 湿态力学性能满足伤口敷料基本要求（拉伸强度、断裂伸长率）。
• 药物释放：TA/Met/MB在pH=8.5（模拟感染伤口）下累积释放量显著高于pH=5.5（正常皮肤），体现pH响应行为。
• 血液相容性：所有纤维组溶血率均低于5%，符合生物材料要求。
• 细胞相容性与修复促进：NIH-3T3细胞在纤维膜上培养24h和72h后活力良好（＞80%）；含Met组细胞铺展更好，F-肌动蛋白完整性更高。

4. 结论与意义

• 本研究成功将ROS响应前药DHU-T整合入电纺纳米纤维中，实现“按需”抗菌和促修复双重功能。
• 该策略避免了传统载体响应阈值高的问题，利用前药自身响应性，提高了可控性和安全性。
• 为糖尿病慢性伤口的治疗提供了新型多功能敷料设计思路。

引用信息

• 标题：Reactive Oxygen Species‑Responsive Prodrug‑Integrated Electrospun Nanofibrous Dressings for Diabetic Wounds: In Vitro Antibacterial and Repair‑Related Evaluation
• 作者：朱晶晶，王成成，易涛
• 期刊：Journal of Donghua University (English Edition)（东华大学学报英文版）
• DOI：10.19884/j.1672-5220.202604016
• 网络首发日期：2026-06-12
• 项目资助：国家自然科学基金（No. 22371038）

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