本文由Meng Yuan、Kun Liu等作者共同完成，发表于2022年的《Journal of Nanobiotechnology》。该研究的主要机构包括华中科技大学同济医学院附属协和医院手外科、武汉理工大学材料合成与加工国家重点实验室等。研究团队开发了一种基于甲基丙烯酸明胶（GelMA）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）的微针贴片（Microneedles Patch, MNs Patch），用于负载人脐静脉内皮细胞（HUVECs）来源的外泌体（Exosomes, Exos）和他扎罗汀（Tazarotene），以促进糖尿病伤口的愈合。
糖尿病是全球范围内日益严重的健康问题，预计到2030年，全球成年糖尿病患病率将达到7.7%。糖尿病并发症，尤其是糖尿病足溃疡（Diabetic Foot Ulcers, DFU），严重威胁患者的健康和生活质量。传统的伤口敷料和治疗方法效果有限，药物渗透深度不足，导致治疗效果不理想。近年来，生物材料在伤口愈合中的应用备受关注，尤其是能够实现生物分子持续释放的材料。外泌体作为一种细胞间通讯的重要媒介，已被证明在组织再生中具有重要作用。然而，如何有效递送外泌体和他扎罗汀等药物至伤口深层仍是一个挑战。
研究团队设计了一种基于GelMA/PEGDA的微针贴片，通过负载HUVECs来源的外泌体和他扎罗汀，实现药物的透皮递送和持续释放。具体研究流程包括以下几个步骤：
GelMA和β-CD-AOI2的制备：GelMA通过明胶与甲基丙烯酸酐反应合成，β-CD-AOI2则通过环糊精与丙烯酸异氰酸酯反应制备。这两种材料分别用于构建微针的基质和药物载体。
水凝胶的表征：通过核磁共振（NMR）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对GelMA和β-CD-AOI2进行表征，确认其化学结构。此外，通过扫描电子显微镜（SEM）观察水凝胶的微观结构，并测试其机械性能。
微针贴片的制备与表征：采用真空成型法制备GelMA/PEGDA微针贴片，并通过SEM观察其形态。微针贴片负载他扎罗汀和外泌体后，进行体外降解实验和药物释放实验，评估其降解性能和药物释放动力学。
HUVECs来源外泌体的分离与鉴定：通过超速离心法从HUVECs培养液中分离外泌体，并通过透射电子显微镜（TEM）、纳米颗粒追踪分析（NTA）和蛋白质印迹（Western Blot）对其进行鉴定。
体外生物相容性实验：通过活/死细胞染色和CCK-8实验评估GelMA/PEGDA水凝胶对HUVECs、HaCaT细胞和成纤维细胞的生物相容性。
体外细胞迁移和血管生成实验：通过划痕实验和体外血管生成实验，评估微针贴片对细胞迁移和血管生成的促进作用。
糖尿病小鼠模型的伤口愈合实验：在糖尿病小鼠模型上进行全层皮肤伤口实验，评估微针贴片对伤口愈合的影响。通过组织学和免疫荧光染色分析伤口愈合过程中的胶原沉积、上皮再生和血管生成情况。
水凝胶的制备与性能：GelMA和β-CD-AOI2成功合成，PEGDA的加入增强了水凝胶的机械性能，使其适合微针贴片的制备。微针贴片具有良好的降解性能，能够持续释放药物和外泌体。
外泌体的鉴定与内化：HUVECs来源的外泌体成功分离，并能够被HaCaT细胞、HUVECs和成纤维细胞内化，表明其在伤口愈合中具有潜在的应用价值。
药物和外泌体的释放：微针贴片能够持续释放他扎罗汀和外泌体，体外释放实验显示，他扎罗汀的释放量在第1天达到20.3%，最终释放量为45.1%。外泌体的释放量在10天内达到80%以上。
体外生物相容性与细胞迁移：GelMA/PEGDA水凝胶对细胞无毒性，能够促进细胞的迁移和增殖。负载他扎罗汀和外泌体的微针贴片在促进细胞迁移和血管生成方面表现出显著优势。
糖尿病小鼠模型的伤口愈合：在糖尿病小鼠模型中，负载他扎罗汀和外泌体的微针贴片显著加速了伤口愈合，促进了胶原沉积、上皮再生和血管生成。免疫荧光染色显示，微针贴片处理的伤口区域CD31和α-SMA的表达显著增加，表明其促进了血管再生。
该研究开发了一种基于GelMA/PEGDA的微针贴片，能够有效负载和持续释放他扎罗汀和HUVECs来源的外泌体，显著促进糖尿病伤口的愈合。微针贴片通过促进细胞迁移、胶原沉积和血管生成，展现出良好的临床应用前景。该研究为糖尿病伤口愈合提供了一种新型的治疗策略，具有重要的科学和应用价值。
研究团队还通过体外和体内实验验证了微针贴片的生物相容性和降解性能，确保其在临床应用中的安全性。此外，研究还探讨了外泌体在血管生成中的作用，为未来的研究提供了新的方向。