天津大学王玮教授《AM》：一种可编程氧合装置，促进氧气的产生和补充，促进伤口愈合！

氧合不足是伤口延迟愈合的主要原因之一。然而，目前的氧疗，如高压氧治疗和局部氧疗，在提供持续和长期的氧疗以逆转创面缺氧方面面临障碍。此外，由于氧在创面床的渗透有限，其修复创面损伤的效果也受到限制。

基于此，天津大学王玮教授提出了一种可编程的便携式氧合装置(命名为GUFO氧合装置)，它巧妙地集成了(i)可控氧生成和单向传输系统(COGT-UTS)，和(ii)超分子组装的全氟化超支化聚合物/明胶(GUF)水凝胶，其中全氟化超支化聚合物(FHBP)作为储氧器，以确保持续和方便的氧气补充，从而直接调节缺氧的伤口微环境。在糖尿病大鼠和猪急性创面模型中，GUFO氧疗装置均可加速创面愈合过程，且无继发性组织损伤（示意图1）。本研究表明，GUFO氧疗装置有望成为一种切实可行的伤口治疗候选装置。相关工作以“A Programmable Oxygenation Device Facilitates Oxygen Generation and Replenishment to Promote Wound Healing”发表在《Advanced Materials》。

示意图1. 新型伤口愈合补氧平台GUFO氧器的组成及应用示意图。

COGT的制作过程如图1A所示。首先，通过典型的碱促进聚合反应，对SPC进行聚多巴胺(PDA)修饰，得到具有光热容的SPC@PDA；形态和元素化学构型如图1B所示。SPC@PDA的能谱分析(EDS)元素图显示O、N、Na分布较为均匀。仅在SPC@PDA光谱上出现了N 1s的衍射峰，表明PDA成功修饰SPC。

图1. COGT的制备与表征

全氟化碳是一类具有良好生物相容性和负载氧能力的氧载体，主要通过超声乳化与乳化剂的结合来实现。由于PFC乳剂具有良好的溶氧能力和生物安全性，其衍生物Fluosol-DA被美国食品药品监督管理局(FDA)批准并作为人工血液替代品进行了临床评估。然而，由于PFCs分子量小，在体内滞留时间短，限制了其在缺氧组织再生中的应用因此，我们提出了一种新的FHBP来引入更多的全氟基团作为氧夹持器。如图2A所示，FHBP是通过亲水性聚(乙二醇)二缩水甘油酯醚和带有疏水性辛基链的辛二胺(ODA)之间的一锅氨基-环氧开环聚合反应合成的，随后用多余的3-全氟己基-1,2-环氧丙烷封端。为了优化FHBP的化学结构，以乙二胺(EDA)或1,4-丁二胺(BDA)替代ODA制备FHBPE或FHBPB。FHPB的化学结构通过1h NMR确认(图2B)。1.25 ~ 1.37 ppm和2.14 ~ 2.51 ppm处的峰表示二胺烷基链上的质子，3.33 ~ 3.51 ppm处的信号对应聚乙二醇(PEG)的亚甲基。在3.63 ppm处的特征信号是由打开环氧环得到的叔碳上的质子产生的。此外，图2C所示的¹⁹F NMR波谱揭示了对应于全氟己基的氟信号。

图2. FHBP的合成与表征

氧疗的首要目标是改善创面床的缺氧微环境。通常，氧疗可以适度增加浅表创面组织的氧合。然而，如果氧直接作用于缺氧的伤口，氧的快速消耗或过量将产生过多的有害超氧自由基，从而触发细胞周期停滞和表观遗传修饰。因此，在创面床敷料中构建储氧器是很有必要的，该储氧器可以储存更适合于缺氧创面的溶氧，并且可以持续、长时间地随时使用。在这里，通过结合FHBP和改性明胶，我们制备了一种超分子自组装的GUF水凝胶，它可以作为集氧和输送储存器(图3A)。

图3. GUF水凝胶的制备与表征

为了验证GUFO氧气装置对伤口愈合的实际效果，我们在糖尿病大鼠上建立全层切除皮肤伤口模型(图4A)，并使用硅胶环阻止伤口快速收缩。将磷酸盐缓冲液(PBS组)、GU-5水凝胶(GU组)、GUF-5水凝胶(GUF组)处理的创面作为对照，GUFO氧疗器处理的创面(GUFO组)给予距离1 cm、功率密度为0.99 W cm^-2、辐照时间为5 min的808 nm近红外辐照，每日2次。各组大鼠不同时间点的体重和血糖水平曲线显示糖尿病模型建立成功。在治疗后的预定时间点对伤口进行记录和拍照(图4B)。

图4. GUFO氧疗器在糖尿病大鼠全层皮肤创面的应用。

【小结】

综上所述，我们构建并探索了一种可编程集成两种独特组件的GUFO氧疗装置，用于为缺氧的慢性伤口补充氧气。上层的COGT-UTS可以被近红外激发产生氧气，并通过一个多孔的PDMS微针海绵向下传输氧气，可以独立替换而不会产生二次损伤。促再生GUF水凝胶利用FHBP纳米颗粒作为储层，收集多孔微针周围的气态氧，并将溶解在水凝胶中的氧气精确地供应给缺氧的伤口床。总之，结果证实了GUFO氧气装置对慢性和急性伤口都具有显著的疗效，从而展示了其作为一种创新技术的潜力，通过多功能的水凝胶基质向组织补充高可靠和溶解的湿氧。GUFO氧合装置具有储存性能稳定、便携、安全、可定制等优点，有望在生物医学领域得到广泛应用。因此，该可编程GUFO氧疗装置可能为皮肤创伤愈合开辟一条新的途径，并为其他生物医学或临床应用的发展指明了新的方向。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202305819