一、研究背景

糖尿?。?/span>DM）是由糖代謝紊亂引起的最常見的慢性疾病之一，目前有 5 億多糖尿病患者。糖尿病潰瘍（DUs）是糖尿病引起的主要并發(fā)癥之一，據估計，約 20% 的糖尿病患者伴有慢性糖尿病潰瘍，且復發(fā)率很高。未經治療的糖尿病潰瘍可導致傷口部位組織變性、死亡，甚至截肢。DUs 的臨床治療費用極其昂貴，大多數家庭難以承受。更糟糕的是，糖尿病研究和臨床研究表明，預計到 2027 年，DU 市場的患病率將增至約 40 億美元。因此，亟需設計和開發(fā)先進且具有成本效益的治療策略，以顯著改善慢性疾病和難愈性 DU 的愈合效果并縮短愈合期。

根據美國醫(yī)學會的報告，慢性 DUs 的有效治療策略之一是聯合應用多功能傷口敷料和服用降糖藥物。在臨床上，傷口敷料已被認為是幫助慢性傷口愈合的重要醫(yī)用生物材料。最近，科學技術的顯著進步催生了許多創(chuàng)新型傷口敷料，包括親水膠體、水凝膠、多孔薄膜、紡織品、3D 打印支架和納米纖維敷料。盡管與傳統的傷口敷料（如紗布、薄紗和繃帶）相比，所有這些先進的敷料類型都已被證明具有明顯增強的促進愈合的特性，但納米纖維敷料作為有希望更好地治療 DU 的敷料替代品，引起了更多的關注。

迄今為止，靜電紡絲儀器被認為是制造納米纖維紗線的最簡單、最有前途和最可行的方法之一，這種紗線在作為敷料用于傷口治療方面具有極大的優(yōu)勢。首先，靜電紡絲儀器可以生成直徑從幾納米到幾百納米的纖維，這比傳統紡絲方法（如濕法紡絲、干法紡絲和熔融紡絲）生成的纖維（直徑通常大于10μm）要細得多。因此，電紡納米纖維可以在很大程度上復制原生皮膚細胞外基質（ECM）中膠原纖維的纖維尺度、結構和生物性能，從而使其生物活性和功能明顯優(yōu)于傳統的微纖維。最近，導電聚合物及其與其他聚合物的混合物被電紡成納米纖維，用于組織工程。為了解決這一問題，通過改良電紡絲技術制造聚合物基納米纖維紗（NYs）引起了研究人員的關注。具體來說，纖維直徑小、比表面積大、具有良好的 ECM 模擬形態(tài)，這些特點已被廣泛證明可促進細胞行為，包括粘附、遷移、增殖甚至分化，以及 ECM 的分泌和重塑。其次，電紡 NYs 通常采收的是孔徑小而孔隙率高的無紡布狀墊層結構，可作為天然屏障有效抵御外部病原微生物的感染，同時又能保證傷口床面水分和空氣的正常交換。第三，電紡技術具有很高的聚合物可行性，目前已成功電紡出一百多種不同的聚合物（包括天然和合成來源）。重要的是，可以將幾種不同的聚合物混合在一起進行電紡絲，以滿足不同應用場景的要求。電紡納米纖維還可作為有效載體，負載藥物、生物活性劑甚至活細胞，并進一步賦予電紡敷料一些預定的生物功能，如止血、抗菌、抗氧化、炎癥調節(jié)、血管生成等。

近二十年來，基于電紡絲技術的慢性傷口愈合應用策略設計領域取得了一些重大進展，主要包括聚合物成分的選擇、敷料結構的設計、適當的改性、生物功能化等。本綜述特別關注近年來電紡納米纖維敷料和增強型水凝膠納米纖維敷料的設計方向，以及基于電紡的創(chuàng)新型敷料在慢性病治療中的發(fā)展（圖 1）。治療糖尿病潰瘍的關鍵首先是了解糖尿病潰瘍的病理，掌握傷口愈合的過程。本綜述首先介紹了糖尿病潰瘍的背景、正常的傷口愈合過程以及阻礙慢性糖尿病潰瘍愈合的因素。然后，概述了電紡絲過程和機制的基本信息，并重點介紹了一些創(chuàng)新的電紡絲策略，如乳液電紡絲、同軸電紡絲和三軸電紡絲。隨后，本綜述總結了電紡絲多組分聚合物的選擇和一些創(chuàng)新策略，如裝載各種生物活性劑、將活細胞納入 DU 治療應用，以及在藥物和傷口部位之間建立橋梁。重要的是，本綜述還討論了利用電紡納米纖維作為水凝膠增強元素的復合敷料創(chuàng)新設計。最后，本綜述討論了基于電紡絲的難愈合 DU 臨床治療策略目前面臨的一些挑戰(zhàn)和前景。

二、摘要

糖尿病潰瘍是糖尿病引起的第二大并發(fā)癥。高色素性炎癥、易受微生物感染、血管閉塞、自由基大量積聚以及其他促進愈合的不良微環(huán)境等諸多因素阻礙了臨床上慢性糖尿病潰瘍的愈合進程。隨著全球糖尿病潰瘍臨床病例的不斷增加，迫切需要設計和開發(fā)先進的傷口敷料，以加速治療糖尿病并發(fā)癥引起的皮膚傷口。電紡絲技術已被公認為是一種簡單、通用、成本合理的策略，可用于制造由納米纖維組成的敷料材料，納米纖維具有優(yōu)異的細胞外基質（ECM）模擬形態(tài)、結構和生物功能。電紡絲納米纖維敷料已被廣泛證實能促進真皮成纖維細胞的粘附、遷移和增殖，與傳統的棉紗布和醫(yī)用海綿等其他敷料相比，能進一步加速傷口愈合過程。

此外，電紡納米纖維通常以無紡布狀墊子的結構收獲，這種墊子孔徑小，但孔隙率高，因此具有很好的微生物屏障性能以及優(yōu)異的透濕和透氣性能。它們還是裝載各種生物活性劑和/或甚至活細胞的良好載體，從而進一步賦予電紡絲敷料預定的生物功能甚至多重功能，以顯著改善不同慢性皮膚傷口的愈合效果，同時大大縮短治療過程。所有這些突出特點使得電紡納米纖維敷料成為治療慢性糖尿病潰瘍最有前景的敷料之一。本綜述首先簡要介紹了糖尿病潰瘍和電紡工藝，然后詳細介紹了基于電紡工藝的糖尿病傷口治療策略的最新進展。重要的是，重點介紹了將電紡絲與生物活性成分和/或細胞療法相結合的協同應用。綜述還討論了使用電紡納米纖維進行水凝膠敷料的優(yōu)勢。在綜述的最后，深入討論了基于電紡絲的糖尿病傷口治療策略所面臨的挑戰(zhàn)和前景。

三、 結論

糖尿病潰瘍是糖尿病的主要后果之一，因為它可能造成重大傷害，在某些情況下必須截肢，而且仍需花費巨額資金來尋找完美的修復 DU 的解決方案?？刂苽谏L對于避免感染和加速愈合過程至關重要。鑒于上述信息，研究人員更加關注糖尿病潰瘍等慢性疾病的發(fā)病機制和病理生理學?？赏ㄟ^電紡納米纖維輸送到傷口部位的藥物或生物活性劑顯示出良好的效果。到目前為止，電紡絲技術是治療潰瘍的最佳選擇，因為電紡絲納米纖維具有較高的表面積與體積比、直徑大小以及與 ECM 相似的結構。本綜述分析了用作 DUs 傷口敷料的電紡納米纖維，并介紹了用作 DUs 傷口敷料的多組分聚合物。該研究還建議在電紡中添加生物活性化學物質，以幫助組織再生和加速愈合，從而更好地促進 DU 治療。為了恢復貧鈾造成的傷害，生物活性劑與電紡納米纖維結合用于貧鈾治療。 各種生物活性劑，包括抗生素、金屬納米顆粒和抗菌肽，已被負載到電紡納米纖維上，以改善愈合過程。盡管許多研究已經表明，負載生物活性劑的納米纖維有助于杜氏治療，但仍有許多問題有待探索、發(fā)現和發(fā)明。最后，本綜述報告了增強型水凝膠敷料對進一步改善 DU 治療的作用，并很好地總結了水凝膠敷料在 DU 治療中的制造和應用進展，總結有助于研究人員進一步了解水凝膠敷料的功能。

為了消除嚴重的并發(fā)癥，防止下肢截肢，降低總體發(fā)病率和死亡率，糖尿病足潰瘍的治療護理必須采用跨學科的綜合方法。目前的方法可以產生最佳效果，但需要采取充分的預防措施（患者教育、嚴格控制血糖、足部自我護理），并可促使啟動特定治療，如傷口正確清創(chuàng)、卸載、局部使用高級敷料、負壓傷口療法和手術治療。最終，解決炎癥狀況一直是糖尿病潰瘍和傷口護理治療的目標。電紡絲技術已被證明是傷口愈合敷料的最佳候選技術之一，但其機械特性需要高電壓，難以在工業(yè)層面推廣和使用。因此，人們還考慮了其他靈活簡便的技術。雖然杜邦大學的研究一直以來都面臨著一些重大障礙，但如果我們能在進一步研究的過程中迅速調整各方面的問題，這或許預示著一個更美好的未來。

圖1.各種基于電紡絲的杜邦處理應用策略圖解。

 

圖2.(A) 垂直常規(guī)電紡絲裝置示意圖。四種電紡絲方法示意圖。(B) 混合電紡絲。(C) 乳化電紡絲。(D) 并排電紡絲。(E) 同軸電紡絲。