赵云同学等开发声-电转换型水凝胶以调控皮肤组织再生

近日，赵云同学等人在Advanced Functional Materials发表了一篇题为“Ultrasound-Driven Electric Conversion Hydrogel Coating Enhances Macrophage Efferocytosis for Non-Invasive Skin Expansion”的研究论文。该研究构建了一种超声驱动的声-电转换水凝胶系统（SHG@GBT），将超声能量转化为电信号，调控组织中巨噬细胞胞葬作用，重塑免疫微环境，解决皮肤软组织扩张术中组织再生难题。

图1：声-电转换水凝胶产生的电信号高效激活巨噬细胞的胞葬过程

皮肤软组织扩张术作为组织再生领域的关键技术，借助持续机械张力刺激，实现组织再生。但长时间机械张力会过度激活凋亡基因，导致凋亡细胞大量堆积。从而干扰巨噬细胞识别凋亡细胞，抑制其胞葬功能，打破免疫微环境平衡，阻碍组织再生。传统调控巨噬细胞胞葬作用的方法，多采用药物注射等侵入性手段，不仅增加感染风险，还难以长期、无创且精准调控。因此，如何在避免健康组织损伤的前提下，实现电刺激对胞葬功能的有效调控，仍是亟待解决的关键科学问题。

  基于此，本研究构建了超声驱动的声-电转换水凝胶系统（SHG@GBT），该系统将超声能量转化为电信号，调控组织中巨噬细胞胞葬作用，重塑免疫微环境，解决皮肤软组织扩张术中组织再生难题。该系统将压电异质结与重组水凝胶网络有机结合。通过多尺度耦合氧化石墨烯（GO）和钛酸钡（BTO）界面，构建压电异质结，并将其嵌入由氧化透明质酸与酰肼修饰透明质酸交联形成的重组网络中。水凝胶的机械兼容性和异质结的超声响应提高了能量转换效率，其中GO/BTO异质结改善了BTO的极化，GO网络优化了电荷转移。并且本研究通过体外和体内实验，全面验证了超声驱动电转换水凝胶系统促进组织再生的显著效果。体外实验结果表明，该水凝胶系统显著增强了巨噬细胞的胞葬过程，提高了凋亡细胞的清除效率，进而优化了局部微环境，并抑制了局部炎症反应。具体数据显示，成纤维细胞Ⅰ型和Ⅲ型胶原的分泌量分别增加了57%和40%，内皮细胞的血管生成能力提高了2.6倍。体内实验进一步证实了SHG@GBT在复杂生理环境下的有效性。实验表明，该系统有效减少组织中凋亡细胞的积聚，改善微循环，增强局部血液灌注。组织学分析表明，使用SHG@GBT后，扩张皮肤在厚度、弹性等质量指标上均有显著提升。机制研究发现，SHG@GBT产生的电信号能精准诱导巨噬细胞向M2型促修复表型极化，巨噬细胞通过分泌抗炎因子和血管内皮生长因子（VEGF），加速组织再生进程，重塑健康的组织微结构。

期刊页码：Adv. Funct. Mater. 2025, 2424713

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202424713