扬州大学陈建美/刘宗光/陈齐红、南京大学安雪莹ACS AMI：具有强活性氧清除能力的可注射水凝胶增强干细胞功能促进皮瓣再生

皮瓣手术通常用于修复因创伤、先天畸形或肿瘤而出现的严重皮肤和软组织缺陷。然而，由于创伤处微血管形成受限，导致植入的皮瓣部分或完全坏死，存活率低。近年来，基于间充质干细胞（MSCs）的细胞疗法受到广泛关注，它可以通过旁分泌功能，分泌生长因子、细胞因子和外泌体等来促进血管形成和调节免疫反应，促进组织再生。但是病灶部位复杂的微环境（炎症、氧化应激等）造成移植干细胞的失巢凋亡和功能损失，降低了其旁分泌作用，导致其临床疗效差。目前，用生物材料支架作为细胞载体已成为细胞治疗的一种极有前景的策略。生物材料支架能够延长细胞在病灶处的作用时间，然而损伤组织中氧化应激环境和炎症反应未能有效缓解，严重损伤了支架中干细胞的活性和功能，影响治疗效果。因此，如何通过调节支架中细胞的生存微环境，提高干细胞疗效，对促进组织再生和修复至关重要。

为此，本文设计并构建了一种具有强活性氧清除能力的可注射水凝胶（nGk），其通过增强负载的间充质干细胞（MSC）的细胞功能来促进皮瓣修复。nGk水凝胶由明胶/κ-卡拉胶（κ-Car）负载二氧化锰纳米颗粒（MnO₂ NPs）组成，在~40°C实现了溶胶-凝胶相变，使其在生理温度（37°C）下可以形成固体凝胶，表现出优异的可注射性能。尤其重要的是，nGk具有强的清除活性氧的能力，可减轻氧化应激造成的细胞损伤，提高细胞活力，从而增强干细胞的旁分泌功能。研究结果表明，负载MSCs的nGk细胞支架（Gk@MSCs）可通过促进血管生成、缓解炎症反应来减少皮瓣组织坏死，提高皮瓣移植存活率，为组织再生提供了一种有效的途径。

图1 （A）负载MSCs的可注射水凝胶nGk@MSCs的制备过程示意图。（B） nGk@MSCs通过促进血管生成、减少炎症和坏死以加速小鼠皮瓣的再生。

图2 （A）nGk溶液的相变图片。（B）nGk的流变曲线和（C）凝胶化温度。（D）Gk和nGk的可注射性。（E）Gk和nGk的形貌图，白色箭头表示MnO₂ NP。（F）-（H）nGk的力学性能。

图3（A）不同组术后皮瓣坏死区的照片和（B）治疗7天后皮瓣坏死面积统计。（C）皮瓣组织的H&E染色。（D，E）皮瓣组织炎症及血管蛋白表达。

相关研究成果以“Reactive Oxygen Species-scavenging Injectable Hydrogel Potentiates the Therapeutic Potential of Mesenchymal Stem Cells in Skin Flap Regeneration”为题，在线发表于国际期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。扬州大学医学院“拔尖人才”陈建美博士为论文第一作者，扬州大学附属江都人民医院陈齐红主任、南京大学鼓楼医院安雪莹博士和扬州大学物理学院特聘教授刘宗光博士为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金青年基金项目和扬州市绿杨金凤人才计划项目的支持。

论文信息：Jianmei Chen, Chun Pan, Ya Gao, Qihong Chen,* Xueying An,* and Zongguang Liu*. Reactive Oxygen Species-scavenging Injectable Hydrogel Potentiates the Therapeutic Potential of Mesenchymal Stem Cells in Skin Flap Regeneration, 2014. https://doi.org/10.1021/acsami.3c18284