本文由Pei Wang、Yun Wang、Yang Yi、Yan Gong、Haoran Ji、Yuci Gan、Fei Xie、Jinchen Fan和Xiansong Wang等作者共同完成，发表于2022年的《Journal of Nanobiotechnology》期刊上。该研究聚焦于糖尿病足溃疡（Diabetic Foot Ulcer, DFU）的治疗，提出了一种基于MXenes（二维纳米材料）和聚γ-谷氨酸（γ-PGA）水凝胶的微针（Microneedle, MN）系统，用于透皮递送药物——积雪草苷（Asiaticoside, AS），以促进糖尿病伤口的愈合。

研究背景与目的

糖尿病足溃疡是糖尿病患者常见的并发症，由于神经血管反应减弱和多重抗生素耐药菌感染，伤口愈合缓慢且复杂，常导致高发病率和死亡率，甚至需要截肢。传统的治疗方法如涂抹药物，难以有效穿透角质层进行药物递送，导致药物利用率低。因此，开发一种高效的透皮药物递送系统成为迫切需求。

微针作为一种透皮递送工具，能够穿透角质层，快速递送药物，且具有优异的生物降解性和无痛性。然而，传统微针的机械强度和溶解时间限制了其应用。本研究旨在通过结合MXenes和γ-PGA水凝胶，开发一种新型微针系统（MN-MXenes-AS），以提高机械强度并延长药物释放时间，从而加速糖尿病伤口的愈合。

研究方法与流程

研究分为以下几个步骤：

1. MXenes-AS水凝胶的制备
   首先，将积雪草苷（AS）负载到MXenes上，形成MXenes-AS复合物。随后，将MXenes-AS与γ-PGA水凝胶混合，制备出均匀分布的MXenes-AS水凝胶。通过真空填充和干燥工艺，将水凝胶制成微针阵列。

2. 微针的表征与机械性能测试
   使用透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）对MXenes进行表征，确认其单层纳米片结构。通过扫描电子显微镜（SEM）和机械测试仪器，比较了γ-PGA微针（MN-PGA）和MXenes-AS微针（MN-MXenes-AS）的微观形态和机械强度。结果显示，MN-MXenes-AS具有更好的形态和更高的机械强度，能够在75%湿度和25℃条件下20分钟内溶解，满足临床应用需求。

3. 荧光实验验证微针的穿透深度
   使用猪皮模拟人体皮肤，通过荧光染料（ICG）标记微针，验证其穿透角质层的能力。实验表明，MN-MXenes-AS能够有效穿透角质层，实现皮下药物递送。

4. 体外细胞实验
   使用人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和成纤维细胞进行细胞毒性和细胞迁移实验。结果表明，MN-MXenes-AS对细胞无毒性，且能够显著促进成纤维细胞的迁移和增殖。

5. 体内糖尿病小鼠伤口愈合实验
   在糖尿病小鼠模型上测试MN-MXenes-AS的伤口愈合效果。实验结果显示，与对照组相比，使用MN-MXenes-AS治疗的小鼠伤口愈合速度更快，伤口闭合更完全。

6. 组织再生与血管生成研究
   通过组织学染色（H&E染色和Masson三色染色）和免疫荧光染色（CD31和Ki67），评估伤口床的胶原沉积、血管生成和细胞增殖情况。结果表明，MN-MXenes-AS显著促进了血管生成和细胞增殖，加速了伤口愈合。

主要结果

1. MXenes显著提高了微针的机械强度，使其能够有效穿透角质层，同时延长了AS的释放时间。
2. MN-MXenes-AS在体外和体内实验中均表现出优异的生物相容性和促愈合效果，显著促进了成纤维细胞的迁移和增殖。
3. 在糖尿病小鼠模型中，MN-MXenes-AS显著加速了伤口愈合，促进了血管生成和胶原沉积。

结论与意义

本研究成功开发了一种基于MXenes和γ-PGA水凝胶的微针系统（MN-MXenes-AS），能够有效穿透角质层，实现皮下药物递送，显著加速糖尿病伤口的愈合。该微针系统具有优异的机械强度、生物相容性和促愈合效果，为糖尿病足溃疡的治疗提供了一种新的透皮药物递送方案。

研究亮点

1. 创新性：首次将MXenes与γ-PGA水凝胶结合，开发出具有优异机械强度和药物释放性能的微针系统。
2. 应用价值：该微针系统能够有效穿透角质层，实现皮下药物递送，显著加速糖尿病伤口的愈合，具有广阔的临床应用前景。
3. 多学科交叉：结合了纳米材料、生物材料和药物递送技术，展示了多学科交叉在解决临床问题中的潜力。

其他有价值的内容

本研究还通过详细的体外和体内实验，验证了MN-MXenes-AS的生物相容性和促愈合效果，为未来进一步优化微针系统提供了实验依据。此外，研究还探讨了AS在伤口愈合中的双相作用机制，为进一步研究提供了新的思路。

总之，该研究为糖尿病足溃疡的治疗提供了一种创新的透皮药物递送系统，具有重要的科学价值和临床应用前景。