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中国组织工程研究杂志 0
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纳米细胞囊泡负载姜黄素促进糖尿病小鼠创面的愈合

摘要:

文题释义:

姜黄素:是一类从姜黄根茎中提取的草本多酚类化合物,具有抗感染、抗炎和抗氧化的特性,被认为是潜在的创面愈合剂,可通过抗炎作用、促进肉芽组织形成及组织重塑和胶原蛋白沉积来促进创面愈合。

纳米细胞囊泡:是一种模拟外泌体的细胞纳米囊泡,具有与外泌体相似的特征,但其产量却高出外泌体100倍,是一种很有潜力的纳米载体。

背景:间充质干细胞来源的外泌体及姜黄素均能促进糖尿病难愈合创面的愈合,但外泌体存在产量低的问题,而姜黄素存在结构相对不稳定、溶解性差等问题,影响了修复效果。

目的:观察负载姜黄素的纳米细胞囊泡对糖尿病小鼠难愈合创面的修复效果。

方法:分离提取C57BL/6J乳鼠原代骨髓间充质干细胞,使用姜黄素溶液悬浮细胞,采用微型挤出机制备出负载姜黄素的纳米细胞囊泡,检测囊泡的包封率与载药量。①体外实验:采用细胞计数法检测不同质量浓度(0,10,20,40,80 mg/L)纳米细胞囊泡对成纤维细胞NIH-3T3增殖的作用,Transwell实验检测纳米细胞囊泡(40 mg/L)对成纤维细胞迁移能力的影响。检测姜黄素对脂多糖诱导的RAW 264.7巨噬细胞炎症因子——肿瘤坏死因子α、白细胞介素6 mRNA表达量的影响。②体内实验:取24只成年C57BL/6J小鼠,腹腔注射链脲佐菌素建立糖尿病模型,造模成功后于背部制作2个直径6 mm的创面,A组注射PBS,B组注射纳米细胞囊泡,C组注射姜黄素溶液,D组注射负载姜黄素的纳米细胞囊泡,每组6只,观察创面愈合情况与组织形态学变化。

结果与结论:①囊泡的包封率为42%,载药率为2.3%;不同质量浓度的纳米细胞囊泡均可促进成纤维细胞的增殖,其中以40 mg/L效果最明显;40 mg/L的纳米细胞囊泡可促进成纤维细胞的迁移;姜黄素降低了脂多糖刺激的巨噬细胞的炎症反应;②创面造模14 d后,B、C、D组创面明显缩小,其中D组创面面积最小;苏木精-伊红与Masson染色显示,创面造模后7 d,B、C、D组创面有大量的肉芽组织形成与胶原纤维沉积,其中以D组最多;创面造模后14 d,B、C、D组创面的肉芽组织形成与胶原纤维沉积进一步增多,其中以D组最多;③结果表明,负载姜黄素的纳米细胞囊泡可发挥纳米细胞囊泡和姜黄素的协同作用,促进糖尿病创面的愈合。

https://orcid.org/0000-0003-0061-9738 (苏梦)

中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料;口腔生物材料;纳米材料;缓释材料;材料相容性;组织工程

关键词: 纳米细胞囊泡, 姜黄素, 骨髓间充质干细胞, 协同作用, 糖尿病动物模型, 成纤维细胞, 创面愈合

引用本文: 苏 梦, 王 昕, 张 津, 贝 颖, 黄 玉, 朱彦兆, 李嘉丽, 武 艳. 纳米细胞囊泡负载姜黄素促进糖尿病小鼠创面的愈合[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(12): 1877-1883.

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纳米细胞囊泡负载姜黄素促进糖尿病小鼠创面的愈合

【科研快报】具有自愈、热敏、抗菌的水凝胶用于糖尿病伤口愈合


第一作者:Ru Zhang

通讯作者:陈敏,汤柳燕

通讯单位:五邑大学

研究速览:

近期,五邑大学的陈敏和汤柳燕教授等人在Advanced Materials Technologies上发表了具有自愈、可注射、热敏、粘附和抗菌特性的电荷转移聚合物水凝胶用于糖尿病伤口愈合的研究工作。电荷转移(CT)复合物是一种具有多种优秀性质的自组装的结构,但我们对其在聚合物水凝胶构建中的性能知之甚少。该文设计并合成了一系列具有CT复合物的水凝胶(CT-水凝胶)。CT配合物作为交联剂,以N-(2-羟乙基)丙烯酰胺为骨架单体,由吡喃衍生物(8-(4-乙烯基苄基)氧基)芘-1,3,6-三磺酸钠,VB-HPTS)和紫精衍生物(1-甲基-1 ' -(4-乙烯基苄基)-[4,4 ' -联吡啶]- 1,1 ' -二氯化碘,VB-MV)组成。CT复合物使CT水凝胶具有快速自修复性能、可注射性、温敏性、良好的皮肤黏附强度以及对革兰阴性菌和革兰阳性菌的优良抗菌性能。此外,其在环境和水环境中均具有良好的生物相容性和长期稳定性,显示出作为伤口敷料的潜在应用前景。与商业创面敷料相比,其在糖尿病创面愈合方面表现出较高的创面愈合率,有效抑制炎症浸润,促进新生血管形成。该研究结果表明多功能CT水凝胶在创面愈合方面具有重要价值,并且在设计CT复合物的水凝胶方面具有良好的应用前景。

要点分析:

要点一:

材料设计:该文以电荷转移(CT)配合物作为交联剂,以N-(2-羟乙基)丙烯酰胺为骨架单体,由吡喃衍生物(8-(4-乙烯基苄基)氧基)芘-1,3,6-三磺酸钠,VB-HPTS)和紫精衍生物(1-甲基-1 ' -(4-乙烯基苄基)-[4,4 ' -联吡啶]- 1,1 ' -二氯化碘,VB-MV)制备了具有快速自修复性能、可注射性、温敏性、良好的皮肤黏附强度以及对革兰阴性菌和革兰阳性菌的优良抗菌性能的电荷转移(CT)复合物。

要点二:

抗菌性能:得益于CT复合物具有抗菌性能的正的吡啶基团和负的磺酸基团, CT-水凝胶具有广谱抗菌活性。实验可知,CT-水凝胶中CT复合物的量在5% ~ 15%之间时对大肠杆菌的杀菌率可达100%,对金黄色葡萄球菌也表现出良好的抗菌性能,杀灭可达到99.97%具有良好的抗菌性能。

图文导读

图1:(A)环境温度下P(VB-MV-HEA)和P(VB-HPTS-HEA)混合溶液的相态。(B)CT-水凝胶的制备方案。(C)P(VB-MV0.15-HEA0.85)、P(VB-HPTS0.15-HEA0.85)及其1:1混合溶液的紫外可见光谱。P(VB-MV0.15-HEA0.85)和P(VBHPTS0.15-HEA0.85)的浓度为3.13 × 10−5 M。(D)P(VB-MV0.15-HEA0.85),P(VB-HPTS0.15-HEA0.85)和15%-25 wt% ct水凝胶的拉曼光谱。(E)5%-25 wt% CT-水凝胶和15%-25 wt% CT-水凝胶的SEM图像。

图2: (A)在10 rad s−1频率下,CT-水凝胶样品的弹性模量(G’,固体符号)和损耗模量(G″,开放符号)随应变的函数。(B)在0.1%应变下,CT-水凝胶样品的弹性模量(G′,固体符号)和损耗模量(G″,开放符号)随频率的函数。(C)10% ~ 25 wt% ct水凝胶储存前和储存30 d后的外观。(D)10%-25 wt% CT-水凝胶储存前及储存30 D后振荡频率扫描(固体符号G’,开放符号G″,固定应变= 0.1%)。(E)含不同量CT复合物的CT-水凝胶降解率。(F)当交替步进应变从1%切换到400%时,10%-25 wt% CT-水凝胶的流变特性。将1%和400%的应变区间分别保持为30和90 s,固定频率保持为10 rad s−1。(G)在包含LED灯的闭合电路中接触10%-25 wt% CT-水凝胶的断裂-愈合测试的照片。

图3: (A)照片和(B)15%-25 wt% CT-水凝胶在80℃烘箱中加热5 min前后的SEM图像。(C)具有不同量CT复合物的CT-水凝胶样品的弹性模量(G’,固体符号)和损耗模量(G″,开放符号)随温度(0.1%)和频率(10 rad s−1)的函数。(D)P(VB-HPTS0.15-HEA0.85)和P(VB-MV0.15-HEA0.85)和P(VB-HPTS0.15-HEA0.85)的1:1混合溶液在25和80℃的紫外-可见光谱。(E)图解说明CT-水凝胶在高温下的结构变化。

图4: (A)在25℃下注射10%-25wt%的CT-水凝胶。(B)注射和愈合的花朵形10%-25wt% CT-水凝胶样品的照片。(C)10%-25wt% CT-水凝胶在指关节上的黏附和手指弯曲时紧密粘接的照片。(D)含不同量CT复合物的CT-水凝胶与猪皮的黏附强度。10%-25wt% CT-水凝胶(E)带Na2SO4和(F)不带Na2SO4的剥离过程,以及剥离后相应的凝胶残留物。(G)经Na2SO4处理后,10% ~ 25 wt% CT-水凝胶与猪皮的黏附强度。

图5: (A)含有不同数量CT复合物的CT-水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性(B)与不同CT-水凝胶接触后在LB琼脂平板上存活的细菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)克隆的照片。

图6:(A)培养2、4 d的L929细胞增殖情况。(B)L929细胞与CT-水凝胶直接接触2 d后进行活/死染色。(C)L929细胞在CT-水凝胶和Matrigel基质中的第1、2、3天共聚焦显微镜图像。

图7: (A)糖尿病创面经PBS(模型)、10%-25wt% CT-水凝胶、商品敷料处理后第0、10、20天的照片。(B)创面残余面积量化。

图8: (A)用PBS(模型)、10%-25wt% CT-水凝胶、商品敷料(3M膜,阳性对照)处理后第10、20天创面组织的H&E染色。(B)用PBS(模型)、10% ~ 25wt% CT-水凝胶和商品敷料(3M膜,阳性对照)处理创面后第10、20天进行Masson三色染色。(C)第20天胶原沉积定量。

图9: (A)用PBS(模型)、10%-25wt% CT-水凝胶、商品敷料(3M膜,阳性对照)处理后第10、20天创面组织TNF-α免疫染色。(B)用PBS(模型)、10% ~ 25wt% CT-水凝胶、商品敷料(3M膜,阳性对照)处理后第10、20天创面组织IL-1β免疫染色。(C)第20天TNF-α阳性细胞数量。(D)第20天IL-1β阳性细胞数量。(E)用PBS(模型)、10%-25wt% CT-水凝胶、商品敷料(3M膜,阳性对照)处理后第10、20天创面组织CD31免疫染色。(F)第20天血管定量。

结论

该文设计并合成了一系列以紫胶和基于HPTS的CT络合物为交联剂的水凝胶(CT-水凝胶),使水凝胶具有自修复、可注射、温敏性、黏附性和抗菌性。CT-水凝胶具有良好的力学性能,在环境和水环境中长期稳定,3 min内具有快速自修复能力。CT-水凝胶具有温敏性,可在高温下降解CT复合物,并与皮肤黏附,黏附强度可达13.7 kPa。ct水凝胶具有良好的体外抗菌能力。对金黄色葡萄球菌的杀灭率可达99.97%,对大肠杆菌的杀灭率可达100%。此外,它们在2D和3D培养试验中均显示出良好的生物相容性,使其成为糖尿病伤口愈合的良好候选人。证实了它们通过抑制炎症浸润和促进新生血管形成来加快创面愈合速度。该研究不仅报道了一种可作为伤口敷料的多功能水凝胶,而且展示了将CT复合物引入水凝胶制备的光明前景,可以扩展可用的功能单元,开发出具有理想性能的水凝胶

全文链接:https://doi.org/10.1002/admt.202201527

参考文献:Ru Zhang, Cuiwen Liu, Chengmeng Wei, Jingtao Huang, Xiaohui Zou, Yanxian Feng, Song Ang, Suqin Guo, Jinqing Qu, Ning Qing, Chengcheng Tang, Xiaoqing Zhou, Min Chen,* and Liuyan Tang*. Charge-Transfer Polymeric Hydrogels with Self-Healing, Injectable, Thermosensitive, Adhesive, and Antibacterial Properties for Diabetic Wound Healing. Adv. Mater. Technol. 2023, 2201527

为什么降糖高效、强效、长效的格列美脲不容易发生低血糖?

糖尿病是一种以血糖增高为特征的慢性性 疾病。糖尿病,如果不能有效治疗,可导致多种并发症,可使患者生活质量降低、寿命缩短、病死率增高,因此对糖尿病,应该进行有效防治;在治疗糖尿病的口服降糖药中,有一类历史悠久的降糖药——磺脲类降糖药,这类降糖药可以促进胰岛β细胞分泌胰岛素,从而实现高效降低血糖;在磺脲类降糖药物中,降糖效果最强而持久的是格列本脲和格列美脲这两种药;

格列本脲和格列美脲都是磺脲类降糖药中的长效降糖药,都是用于治疗在控制饮食和增加运动基础上而未能满意控制的2型糖尿病,每天只需服用一次;那么他们的降糖效果如何呢?二者之间有什么差别呢?

一、格列美脲与格列本脲的比较

很多临床工作者对格列本脲和格列美脲进行了对比研究:

他们把2型糖尿病患者分为2组,在控制饮食、增加运动等常规治疗基础上,一组给予格列本脲,另一组给予格列美脲,根据临床实际需要加或不加二甲双胍。治疗12周~16周,观察患者糖化血红蛋白(HbA1c)、空腹血糖(FPG)和餐后2 h血糖(2hPBS)、试验期间出现低血糖病例数等指标。

1、血糖指标的变化:

格列美脲组与格列本脲组,这两组,与治疗前比较,治疗后空腹血糖和餐后2 h血糖及HbA1c均明显下降,差异有非常显著意义(P<0.01)。而治疗后2 组间的空腹血糖和HbA1c变化,无明显差异;也就是经过格列本脲和格列美脲治疗后,两组的空腹血糖、糖化血红蛋白变化无明显差异;两组治疗后,格列本脲组降餐后2小时血糖较格列美脲组明显,2组有显著差异,格列本脲组降低餐后血糖优于格列美脲组

2、治疗前后胰岛素和C肽变化

治疗后2组的空腹胰岛素,与治疗前相比变化不大,差异无显著意义;
治疗后2组的餐后2小时的胰岛素和C肽,与治疗前相比,差异有非常显著的意义(P<0.01);治疗后,格列本脲组餐后2 小时的胰岛素和C肽升高程度比格列美脲组明显,2组比较,差异有非常显著的意义(P<0.01)。

3、低血糖及其他不良反应情况:
治疗12周~16周后,格列本脲组和格列美脲组,2组的低血糖发生次数有显著差异,格列美脲组低血糖发生次数明显较格列本脲组低;治疗过程中2组除出现低血糖反应外, 未发生其他不良反应;2组治疗前后血压、心率、ECG等指标比较无明显改变;

4、血脂和体重变化

治疗后格列美脲组总胆固醇(TC)和甘油三酯TG)较治疗前有所降低,但差异无显著变化;
治疗前后格列本脲组的总胆固醇(TC)和甘油三酯(TG)变化不大;
格列美脲和格列本脲2组治疗后,总胆固醇(TC)和甘油三酯(TG)无显著变化;

格列本脲组患者治疗后体重上升,与治疗前相比差异有非常显著意义;而格列美脲组患者治疗后未见体重增加;治疗后2组间的体重差异有非常显著的意义 (P<0.01)。

5、多项对比研究结果

结果显示, 格列美脲和格列本脲在降低空腹血糖和糖化血红蛋白方面效果相似,格列本脲在降低餐后2小时血糖方面优于格列美脲,而格列美脲低血糖事件则明显低于格列本脲。因此格列美脲对2型糖尿病来说,既有很好的降糖效果,又不增加体重,低血糖发生率又低;

二、格列美脲的优点

格列美脲是具有高效、长效、用药量少(1—8 mg/d)、起效快、不良反应小等优点第三代磺脲类降糖药,是美国食品药品管理局(FDA)批准的第1个可与胰岛素同时使用的磺酰脲类药。与其他磺酰脲类降糖药相比,它具有很多优点:
1、格列美脲具有双重降糖机制:它在促进胰岛素分泌的同时,有更好的胰外作用,可增加周围组织对胰岛素的敏感性,降低胰岛素抵抗;即能刺激胰岛素分泌,又能改善胰岛素抵抗。

2、格列美脲降糖作用有葡萄糖浓度依赖性,即血糖浓度越高,分泌的胰岛素越多,血糖下降,分泌的胰岛素就少;
3、格列美脲与受体作用的时间短:与格列美脲结合的胰岛β细胞上的受体亚单位较小,并且结合的速度快 ,解离的速度也快,也就是格列美脲与受体的作用时间短,刺激胰岛β细胞分泌胰岛素的时间也短;格列美脲不受进餐时间影响,餐前即刻或餐中服用都可以;

因为上述众多优点,格列美脲降糖作用快而持久,在达到同等降糖作用的情况下,可分泌较少的胰岛素,其降糖效果显著而不影响患者的体重,同时很少发生严重的低血糖反应;在有效控制血糖的同时,显著提高了服药的安全性;