酶促自修复水凝胶的制备及其在糖尿病慢性创伤修复中的应用
糖尿病慢性创伤由于伤口组织复杂的微环境，常常会导致瘢痕组织增生和长久不愈合的现象，从而引发糖尿病足溃疡、糖尿病视网膜病变、心血管疾病等疾病，更甚者会发展为败血症，威胁患者健康。正常创伤修复过程主要分为以下四个阶段：凝血阶段、炎症阶段、增殖阶段、重塑阶段，四个阶段以特定顺序、在特定的时间内发生，保证了伤口的有效愈合。然而，糖尿病慢性创伤中的高血糖环境容易引发细菌持续感染、炎症过度反应、氧化还原失衡和血管生成障碍等，进而降低具有重要修复功能的生物大分子活性，使创伤修复在炎症阶段停滞，再到增殖阶段转变延迟，严重阻碍了糖尿病创伤的愈合过程。因此，基于糖尿病创伤难以愈合的多重因素，制备针对其创伤特征的修复材料具有十分重要的意义。 本论文围绕糖尿病创伤愈合的四个阶段，利用多种天然酶的可逆共价交联，成功构建了一种pH响应的多功能自修复水凝胶，并借助其多酶级联反应和包埋药物的联合作用，通过降低创伤组织处局部血糖浓度、抑制细菌感染、对抗炎症反应、调节氧化还原平衡、促进细胞迁移等，实现了对糖尿病慢性创伤的多因素协同治疗。具体研究如下： 1. 酶促自修复水凝胶的制备 将溶菌酶（LY）、葡萄糖氧化酶（GOx）和过氧化氢酶（CAT）作为构筑基元，利用其表面的氨基与戊二醛的醛基之间的席夫碱反应形成的动态亚胺键交联，制备了一种pH响应的自修复水凝胶。首先，水凝胶中的GOx催化1-硫代-β-D-葡萄糖产生H2S和H2O2，同时生成葡萄糖酸降低体系的pH，促进亚胺键断裂，使水凝胶获得自愈合性能。其次，H2O2又会被CAT清除，进一步保护凝胶交联过程中的亚胺键不被氧化破坏。因此，通过多酶级联催化，便可调节体系的pH和氧化还原微环境，实现水凝胶的可逆自修复。随后，我们对水凝胶的微观结构和物理性质进行了表征，包括溶胀比、透气性、粘附强度和自修复能力等。由于水凝胶在酸性条件下多孔网络状结构会发生改变，还测定了其对药物瑞舒伐他汀钙等不同尺寸分子的pH控释曲线。此外，也详细评估水凝胶的优异酶学性质，包括GOx、CAT酶活性，级联反应速率和H2S产率等。 2. 自修复水凝胶在糖尿病慢性创伤修复中的应用 为系统研究自修复水凝胶的体外抗菌、抗炎、抗氧化及生物安全性，首先通过平板涂布法、抑菌圈实验、生长曲线测试等明确了水凝胶对革兰氏阳性和阴性菌的抑制率。其次，利用 DPPH 自由基清除和 DCFH-DA 活性氧探针，探究了水凝胶产生的 H2S 在细胞中的高效抗氧化性能。基于脂多糖诱导的巨噬细胞建立的体外炎症模型，通过ELISA方法检测巨噬细胞中 TNF-α、IL-6的浓度变化，证实了其较强的抗炎能力。最后，通过MTT法细胞存活率和溶血实验鉴定了水凝胶的生物安全性。基于链脲霉素诱导建立的糖尿病小鼠创伤模型，进一步研究了水凝胶对创伤的实际修复效果，监测治疗后14天内伤口愈合情况以及小鼠体重变化，同时，通过提取不同时段组织表面的细菌进行培养以及ELISA检测，评价了水凝胶的体内抗菌和抗炎效果。
自修复水凝胶;酶级联催化;包埋药物;糖尿病慢性创伤修复;抗菌效果;抗炎效果
吉林大学
硕士
物理化学
罗全
2023
中文
R318.08
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）