苏州大学附属第一医院陈亮&黄立新等人：水凝胶微球封装双金属纳米酶通过消耗葡萄糖和

糖尿病是一种以持续高血糖为特征的严重慢性疾病。随着全球人口老龄化的加剧，糖尿病的患病率每年都在稳步上升，预计到2050年，全球将有超过13.1亿人受到糖尿病的影响。糖尿病不仅本身对健康构成威胁，还可能加剧其他健康问题，尤其是对骨骼系统产生不利影响。临床研究表明，糖尿病患者的骨折风险更高，且骨愈合过程受阻，因此迫切需要有效的干预和治疗措施。

近期，苏州大学附属第一医院陈亮教授、黄立新副教授等人开发了一种新型多功能复合水凝胶微球（GMAP），通过微流控技术将金铂双金属纳米颗粒（Au@Pt NPs）和甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶结合，以调节糖尿病微环境并促进骨再生。相关研究以“Hydrogel Microsphere-Encapsulated Bimetallic Nanozyme for Promoting Diabetic Bone Regeneration via Glucose Consumption and ROS Scavenging”为题目，发表在期刊《Advanced Healthcare Materials》上。

本文要点：

1、开发了一种多功能复合微球GMAP，利用微流控技术将GelMA水凝胶和具有双酶活性的Au@Pt NPs结合，用于调节糖尿病微环境，促进骨再生。

2、GMAP能持续释放Au@Pt NPs，有效消耗葡萄糖和清除ROS，从而保护BMSCs在高糖条件下的功能，包括增殖、成骨分化和旁分泌能力。

3、GMAP通过增强BMSCs的旁分泌功能，调节巨噬细胞从促炎的M1型向抗炎的M2型转变，同时促进血管内皮生长因子（VEGF）的分泌，从而抑制炎症反应并增强血管生成。

4、在糖尿病大鼠股骨缺损模型中，GMAP显著改善了骨再生，证实了其在糖尿病患者骨修复中的潜力。

5、该研究提供了一种通过调节糖尿病微环境促进骨再生的新策略，为解决糖尿病患者骨愈合的复杂挑战提供了一种有前景的方法。

Au@Pt NPs在GMAP中的具体作用机制如下：

1、葡萄糖消耗：Au@Pt NPs具有葡萄糖氧化酶样活性，能够催化葡萄糖的氧化反应，将其转化为葡萄糖酸，从而有效降低糖尿病微环境中的高血糖水平。

2、清除ROS：Au@Pt NPs展现出过氧化氢酶样活性，能够将过氧化氢分解为水和氧气，有效清除过量的活性氧（ROS），从而减轻氧化应激对细胞的损伤。

3、保护BMSCs：Au@Pt NPs能够有效保护骨髓间充质干细胞（BMSCs），使其免受高糖环境和ROS的损伤，维持其正常的增殖和成骨分化能力，促进骨组织的再生。

4、持续释放：封装在GelMA水凝胶微球中的Au@Pt NPs能够在骨缺损部位实现持续释放，长期调节糖尿病微环境，进一步促进骨再生。

通过这些机制，Au@Pt NPs在GMAP微球中发挥了重要作用，为糖尿病患者的骨修复提供了新的解决方案。

微流控技术在制备多功能复合微球时，如何确保纳米颗粒的均匀分散？

1、流体动力学控制：微流控装置能够精确控制不同相的流动速率和剪切力，通过优化这些参数，可以在水凝胶形成过程中实现纳米颗粒的均匀分散。

2、微反应器设计：微流控系统中的微反应器设计有助于在微观尺度上实现混合和分散，通过特殊的通道设计和流道结构，可以提高纳米颗粒与水凝胶前体溶液之间的接触面积，促进均匀混合。

3、表面修饰：在纳米颗粒表面进行适当的化学修饰，可以增强其与水凝胶前体溶液的相容性，减少颗粒聚集，从而在微球形成过程中实现更好的分散。

4、连续流动混合：微流控技术可以实现连续流动条件下的混合，这种动态混合方式有助于纳米颗粒在水凝胶基质中均匀分布。

5、光固化过程的优化：在微流控系统中，可以通过优化光固化条件（如光照强度、时间和波长）来控制纳米颗粒在水凝胶中的分散状态，确保其在微球中的均匀性。

6、在线监测与反馈：微流控系统可以集成在线监测设备，实时监测纳米颗粒的分散状态，通过反馈机制调整流体控制参数，以确保最佳的分散效果。

 图1.Au@PtNPs的表征。

 图2.GM和GMAP微球的表征。

 图3.评估BMSCs在GM和GMAP上的生物相容性和增殖情况。

 图4.GMAP在DM微环境中重新编程功能失调的BMSCs。

 图5.BMSCs诱导的旁分泌转化微环境对巨噬细胞极化和炎症状态的调节。

 图6.BMSCs诱导的旁分泌转化微环境对HUVECs血管生成的调控。

 图7.GMAP诱导成骨分化的体外评估。

 图8.体内骨再生放射学评估。

 图9.体内骨再生组织学分析。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adhm.202402596