关键词：羧甲基壳聚糖（CMCS）、氧化海藻酸钠（OSA）与聚乙烯醇（PVA）、单宁酸（TA）

Microalgae extracellular vesicles-loaded dual antioxidative and anti-inflammatory hydrogel system for wound healing and peripheral nerve repair in diabetes

Bioactive Materials， October 2026，Pages: 193-211

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2026.03.021

一、研究背景

胞外囊泡（EVs）是细胞间信号传递的关键介质，雨生红球藻来源的微藻胞外囊泡（mEVs）富含虾青素与功能蛋白，在抗氧化应激、保护线粒体功能方面具有独特优势；单宁酸（TA）作为植物源多酚类物质，兼具广谱抗氧化、抗炎活性，同时可作为交联剂构建多糖基水凝胶。羧甲基壳聚糖（CMCS）、氧化海藻酸钠（OSA）与聚乙烯醇（PVA）是生物相容性优异的高分子基质，可通过动态交联形成可注射、粘附性良好的水凝胶，适配不规则创面的原位给药需求。基于此，本研究将 mEVs 与 TA 共负载于 CMCS/OSA/PVA 复合水凝胶（TAgel），构建 mEVs@TAgel 一体化递送平台。利用 TA 与 mEVs 形成双重抗氧化体系，通过 Nrf2 与 NF-κB 通路调控氧化应激与炎症微环境，同时促进皮肤再生与施万细胞介导的神经修复，实现糖尿病创面皮肤与周围神经的协同修复。

二、实验部分

1、微藻胞外囊泡（mEVs）的分离提取

对雨生红球藻进行光诱导培养，收集藻体培养液，通过差速离心、超滤纯化获得 mEVs；采用纳米颗粒跟踪分析（NTA）、透射电镜、蛋白定量与虾青素检测技术，对 mEVs 的形态、粒径分布及活性组分进行表征。

2、TAgel 基质与 mEVs@TAgel 水凝胶制备

以 CMCS、OSA、PVA 为骨架，引入单宁酸（TA），通过动态席夫碱反应与多酚氢键交联制备 TAgel 水凝胶；将纯化后的 mEVs 与凝胶前驱液均匀混合，经原位交联获得 mEVs@TAgel。采用扫描电子显微镜（SEM）观测微观孔结构，通过流变测试、倒置管法、粘附实验评价其可注射性、流变力学性能与组织粘附性能；考察溶胀率、降解行为及 mEVs 的体外缓释曲线。

3、体外细胞评价

构建角质形成细胞、施万细胞、巨噬细胞三种细胞模型。检测活性氧（ROS）水平、线粒体膜电位，验证 Nrf2 通路激活效果；检测炎症因子表达水平，评价 NF-κB 通路抑制效应与巨噬细胞 M2 极化程度；评估细胞增殖、迁移、成管能力及髓鞘相关基因表达情况。

4、体内动物实验

构建糖尿病小鼠全层皮肤缺损模型，分组给药后记录创面愈合速率；取材后进行苏木精-伊红（H&E）染色、Masson 染色、免疫荧光染色，评价上皮化程度、血管新生水平、胶原沉积比例及瘢痕形成情况。同时建立糖尿病小鼠坐骨神经损伤模型，通过神经功能评分、电生理检测、组织切片分析评估轴突再生、髓鞘修复与腓肠肌萎缩情况。开展长期安全性实验，检测主要脏器组织形态与血清生化指标。

三、结果与讨论

1、水凝胶理化表征

SEM 结果显示，TAgel 与 mEVs@TAgel 均具有连通多孔结构，有利于细胞浸润与营养物质交换；流变学结果证实该凝胶具备剪切变稀特性，满足注射给药需求，且成型后具有稳定的力学性能。mEVs@TAgel 可牢固粘附于创面组织，在 pH 8.0 的模拟创面环境中缓慢降解，实现 mEVs 长达 21 天的持续释放，避免囊泡快速流失。

2、体外抗氧化、抗炎与细胞调控效应

mEVs 与 TA 可协同激活角质形成细胞、施万细胞内的 Nrf2 通路，上调血红素氧合酶-1（HO-1）、醌氧化还原酶 1（NQO1）等抗氧化蛋白表达，清除 ROS，稳定线粒体功能；同时抑制 NF-κB 通路活化，下调白细胞介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等促炎因子水平，上调白细胞介素-10（IL-10）、精氨酸酶-1（Arg-1）表达，促进巨噬细胞由促炎 M1 型向修复型 M2 型极化，构建有利于组织再生的微环境。

3、体内创面修复与神经再生效果

在糖尿病皮肤缺损模型中，mEVs@TAgel 组创面愈合速率显著加快，上皮组织完整覆盖，新生血管丰富；Ⅲ型胶原占比提升，Col 3/Col 1 比值改善，纤维化瘢痕形成减少。在坐骨神经损伤模型中，该水凝胶可促进轴突生长与髓鞘再形成，恢复神经传导功能，缓解靶肌萎缩。

4、生物安全性评价

长期植入后，心、肝、脾、肺、肾等主要脏器未见明显病理损伤，无持续性炎症反应，证实 mEVs@TAgel 具有良好的体内生物相容性。

四、结论

本研究开发了一种负载雨生红球藻胞外囊泡与单宁酸的多功能可注射水凝胶 mEVs@TAgel。该体系依托 Nrf2/NF-κB 双通路调控，同步实现抗氧化、抗炎与线粒体保护效应，兼顾糖尿病创面皮肤再生与周围神经修复，可有效改善胶原重塑、减轻瘢痕形成，同时具备良好的生物安全性。该微藻胞外囊泡复合水凝胶为糖尿病复杂创面的一体化治疗提供了新的研究思路。

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