Bioact Mater重磅！光疗+钙消耗双管齐下，新型水凝胶攻克糖尿病感染创面顽疾

对全球数千万糖尿病患者来说，创面感染是一道绕不开的“生死关”。伤口一旦形成生物膜感染，细菌就像筑起了一层“顽固保护膜”，不仅能抵抗抗生素和人体免疫攻击，还会让创面反复发炎、久不愈合，最终可能导致截肢甚至危及生命。更严峻的是，抗生素滥用引发的耐药性危机，让传统治疗陷入“无药可用”的困境。近日，Bioact Mater刊登的一项研究为这一临床顽疾带来了革命性解决方案。

科研团队创新性设计了一种聚集诱导发光光敏剂（AIE-PS，TSCNPy²⁺），其形成纳米颗粒后可实现能量耗散平衡——在白光照射下，既能高效产生活性氧（ROS），又能释放温和光热效应。团队以海藻酸钠（SA）和聚丙烯酸（PAA）为基质，构建出TSCNPy²⁺-NPs@SA/PAA复合水凝胶敷料，使用时只需将预凝胶溶液涂抹于创面，再喷洒钙离子溶液交联，即可原位形成贴合创面的治疗敷料，操作便捷且适配不规则创面。

图1： TSCNPy²⁺-NPs@SA/PAA复合水凝胶敷料结构及多模态治疗机制示意图

这款水凝胶的核心优势在于“双重协同”机制。海藻酸钠和聚丙烯酸中的羧基基团，能强力消耗创面生物膜中的钙离子——而钙离子是维持生物膜胞外聚合物交联、稳定细菌结构的关键成分，其耗竭可直接瓦解生物膜完整性，让细菌失去“保护壳”。与此同时，白光照射下启动的光动力治疗和光热治疗，能通过活性氧破坏细菌细胞膜、蛋白质和核酸，约45℃的温和热效应进一步增强杀菌效果，形成“内外夹击”的抗菌闭环。

体外实验数据显示，该复合水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的清除率大幅提升，生物膜结构被彻底瓦解。钙离子检测实验证实，水凝胶不仅能主动吸收生物膜中的钙离子，光疗作用还能促进细菌内钙离子外流，协同强化生物膜破坏效果。更值得关注的是，该水凝胶展现出优异的生物相容性：对L929细胞无毒性且能促进增殖迁移，溶血率极低，同时具备快速止血能力，完全满足临床创面治疗的核心需求。

图2：TSCNPy²⁺的光物理与光动力核心特性

图3：TSCNPy²⁺-NPs@SA/PAA水凝胶的制备与表征

在糖尿病大鼠生物膜感染创面模型中，该水凝胶敷料的体内治疗效果令人振奋。与未接受有效抗菌治疗的对照组相比，使用TSCNPy²⁺-NPs@SA/PAA水凝胶并联合光照的治疗组，创面感染在4天内即得到有效控制，细菌几乎被完全清除，创面收缩速度显著加快。免疫组织化学分析显示，该治疗方案能有效抑制早期过度炎症反应，减少中性粒细胞浸润和TNF-α表达，同时促进巨噬细胞从促炎的M1型向抗炎修复的M2型转化，为创面愈合营造理想微环境。

图4：TSCNPy²⁺-NPs@SA/PAA水凝胶在体内的促愈合能力评估

转录组学分析揭示了其深层愈合机制：该疗法通过激活PI3K/AKT、JAK/STAT和MAPK等关键信号通路，促进细胞增殖、迁移和血管生成；在修复后期，通过抑制TNF-α和NF-κB通路，减轻长期炎症的不利影响。长期21天观察发现，该治疗组的创面愈合质量显著优于临床常用的红霉素软膏，瘢痕面积更小，上皮再生更完整，胶原沉积更致密。安全性评估证实，水凝胶对大鼠心、肝、脾、肺、肾等重要器官无明显病理损伤，具备良好的临床转化潜力。

图5：TSCNPy²⁺-NPs@SA/PAA水凝胶在糖尿病生物膜感染创面模型中的长期治疗效果评估

这项研究通过巧妙的材料设计，将光疗与钙离子消耗策略有机整合，成功解决了传统治疗难以穿透生物膜的核心难题。光作为易获取、可调控的能量来源，配合多功能水凝胶载体，不仅实现了精准高效的抗菌治疗，还能调控创面免疫微环境、促进组织再生。该成果不仅拓展了光驱动疗法在慢性创面护理中的应用边界，更为下一代多功能生物材料研发提供了全新思路。随着技术的进一步完善，这款新型水凝胶敷料有望尽快实现临床转化，为全球糖尿病患者带来摆脱创面感染困扰的新希望，推动难治性创面治疗进入多模态协同的新时代。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Liu Y, Su G, Tan X, et al. Synergistic phototherapy and Ca²⁺ consumption for combating biofilms in diabetic wounds via ion interference, physical disruption, and biological regulation. Bioact Mater. 2025;57:121-136. Published 2025 Nov 8. doi:10.1016/j.bioactmat.2025.10.044