一、研究背景

糖尿病（DM）是由糖代谢紊乱引起的最常见的慢性疾病之一，目前有 5 亿多糖尿病患者。糖尿病溃疡（DUs）是糖尿病引起的主要并发症之一，据估计，约 20% 的糖尿病患者伴有慢性糖尿病溃疡，且复发率很高。未经治疗的糖尿病溃疡可导致伤口部位组织变性、死亡，甚至截肢。DUs 的临床治疗费用极其昂贵，大多数家庭难以承受。更糟糕的是，糖尿病研究和临床研究表明，预计到 2027 年，DU 市场的患病率将增至约 40 亿美元。因此，亟需设计和开发先进且具有成本效益的治疗策略，以显著改善慢性疾病和难愈性 DU 的愈合效果并缩短愈合期。

根据美国医学会的报告，慢性 DUs 的有效治疗策略之一是联合应用多功能伤口敷料和服用降糖药物。在临床上，伤口敷料已被认为是帮助慢性伤口愈合的重要医用生物材料。最近，科学技术的显著进步催生了许多创新型伤口敷料，包括亲水胶体、水凝胶、多孔薄膜、纺织品、3D 打印支架和纳米纤维敷料。尽管与传统的伤口敷料（如纱布、薄纱和绷带）相比，所有这些先进的敷料类型都已被证明具有明显增强的促进愈合的特性，但纳米纤维敷料作为有希望更好地治疗 DU 的敷料替代品，引起了更多的关注。

迄今为止，静电纺丝仪器被认为是制造纳米纤维纱线的最简单、最有前途和最可行的方法之一，这种纱线在作为敷料用于伤口治疗方面具有极大的优势。首先，静电纺丝仪器可以生成直径从几纳米到几百纳米的纤维，这比传统纺丝方法（如湿法纺丝、干法纺丝和熔融纺丝）生成的纤维（直径通常大于10μm）要细得多。因此，电纺纳米纤维可以在很大程度上复制原生皮肤细胞外基质（ECM）中胶原纤维的纤维尺度、结构和生物性能，从而使其生物活性和功能明显优于传统的微纤维。最近，导电聚合物及其与其他聚合物的混合物被电纺成纳米纤维，用于组织工程。为了解决这一问题，通过改良电纺丝技术制造聚合物基纳米纤维纱（NYs）引起了研究人员的关注。具体来说，纤维直径小、比表面积大、具有良好的 ECM 模拟形态，这些特点已被广泛证明可促进细胞行为，包括粘附、迁移、增殖甚至分化，以及 ECM 的分泌和重塑。其次，电纺 NYs 通常采收的是孔径小而孔隙率高的无纺布状垫层结构，可作为天然屏障有效抵御外部病原微生物的感染，同时又能保证伤口床面水分和空气的正常交换。第三，电纺技术具有很高的聚合物可行性，目前已成功电纺出一百多种不同的聚合物（包括天然和合成来源）。重要的是，可以将几种不同的聚合物混合在一起进行电纺丝，以满足不同应用场景的要求。电纺纳米纤维还可作为有效载体，负载药物、生物活性剂甚至活细胞，并进一步赋予电纺敷料一些预定的生物功能，如止血、抗菌、抗氧化、炎症调节、血管生成等。

近二十年来，基于电纺丝技术的慢性伤口愈合应用策略设计领域取得了一些重大进展，主要包括聚合物成分的选择、敷料结构的设计、适当的改性、生物功能化等。本综述特别关注近年来电纺纳米纤维敷料和增强型水凝胶纳米纤维敷料的设计方向，以及基于电纺的创新型敷料在慢性病治疗中的发展（图 1）。治疗糖尿病溃疡的关键首先是了解糖尿病溃疡的病理，掌握伤口愈合的过程。本综述首先介绍了糖尿病溃疡的背景、正常的伤口愈合过程以及阻碍慢性糖尿病溃疡愈合的因素。然后，概述了电纺丝过程和机制的基本信息，并重点介绍了一些创新的电纺丝策略，如乳液电纺丝、同轴电纺丝和三轴电纺丝。随后，本综述总结了电纺丝多组分聚合物的选择和一些创新策略，如装载各种生物活性剂、将活细胞纳入 DU 治疗应用，以及在药物和伤口部位之间建立桥梁。重要的是，本综述还讨论了利用电纺纳米纤维作为水凝胶增强元素的复合敷料创新设计。最后，本综述讨论了基于电纺丝的难愈合 DU 临床治疗策略目前面临的一些挑战和前景。

二、摘要

糖尿病溃疡是糖尿病引起的第二大并发症。高色素性炎症、易受微生物感染、血管闭塞、自由基大量积聚以及其他促进愈合的不良微环境等诸多因素阻碍了临床上慢性糖尿病溃疡的愈合进程。随着全球糖尿病溃疡临床病例的不断增加，迫切需要设计和开发先进的伤口敷料，以加速治疗糖尿病并发症引起的皮肤伤口。电纺丝技术已被公认为是一种简单、通用、成本合理的策略，可用于制造由纳米纤维组成的敷料材料，纳米纤维具有优异的细胞外基质（ECM）模拟形态、结构和生物功能。电纺丝纳米纤维敷料已被广泛证实能促进真皮成纤维细胞的粘附、迁移和增殖，与传统的棉纱布和医用海绵等其他敷料相比，能进一步加速伤口愈合过程。

此外，电纺纳米纤维通常以无纺布状垫子的结构收获，这种垫子孔径小，但孔隙率高，因此具有很好的微生物屏障性能以及优异的透湿和透气性能。它们还是装载各种生物活性剂和/或甚至活细胞的良好载体，从而进一步赋予电纺丝敷料预定的生物功能甚至多重功能，以显著改善不同慢性皮肤伤口的愈合效果，同时大大缩短治疗过程。所有这些突出特点使得电纺纳米纤维敷料成为治疗慢性糖尿病溃疡最有前景的敷料之一。本综述首先简要介绍了糖尿病溃疡和电纺工艺，然后详细介绍了基于电纺工艺的糖尿病伤口治疗策略的最新进展。重要的是，重点介绍了将电纺丝与生物活性成分和/或细胞疗法相结合的协同应用。综述还讨论了使用电纺纳米纤维进行水凝胶敷料的优势。在综述的最后，深入讨论了基于电纺丝的糖尿病伤口治疗策略所面临的挑战和前景。

三、 结论

糖尿病溃疡是糖尿病的主要后果之一，因为它可能造成重大伤害，在某些情况下必须截肢，而且仍需花费巨额资金来寻找完美的修复 DU 的解决方案。控制伤口生长对于避免感染和加速愈合过程至关重要。鉴于上述信息，研究人员更加关注糖尿病溃疡等慢性疾病的发病机制和病理生理学。可通过电纺纳米纤维输送到伤口部位的药物或生物活性剂显示出良好的效果。到目前为止，电纺丝技术是治疗溃疡的最佳选择，因为电纺丝纳米纤维具有较高的表面积与体积比、直径大小以及与 ECM 相似的结构。本综述分析了用作 DUs 伤口敷料的电纺纳米纤维，并介绍了用作 DUs 伤口敷料的多组分聚合物。该研究还建议在电纺中添加生物活性化学物质，以帮助组织再生和加速愈合，从而更好地促进 DU 治疗。为了恢复贫铀造成的伤害，生物活性剂与电纺纳米纤维结合用于贫铀治疗。 各种生物活性剂，包括抗生素、金属纳米颗粒和抗菌肽，已被负载到电纺纳米纤维上，以改善愈合过程。尽管许多研究已经表明，负载生物活性剂的纳米纤维有助于杜氏治疗，但仍有许多问题有待探索、发现和发明。最后，本综述报告了增强型水凝胶敷料对进一步改善 DU 治疗的作用，并很好地总结了水凝胶敷料在 DU 治疗中的制造和应用进展，总结有助于研究人员进一步了解水凝胶敷料的功能。

为了消除严重的并发症，防止下肢截肢，降低总体发病率和死亡率，糖尿病足溃疡的治疗护理必须采用跨学科的综合方法。目前的方法可以产生最佳效果，但需要采取充分的预防措施（患者教育、严格控制血糖、足部自我护理），并可促使启动特定治疗，如伤口正确清创、卸载、局部使用高级敷料、负压伤口疗法和手术治疗。最终，解决炎症状况一直是糖尿病溃疡和伤口护理治疗的目标。电纺丝技术已被证明是伤口愈合敷料的最佳候选技术之一，但其机械特性需要高电压，难以在工业层面推广和使用。因此，人们还考虑了其他灵活简便的技术。虽然杜邦大学的研究一直以来都面临着一些重大障碍，但如果我们能在进一步研究的过程中迅速调整各方面的问题，这或许预示着一个更美好的未来。

图1.各种基于电纺丝的杜邦处理应用策略图解。

 

图2.(A) 垂直常规电纺丝装置示意图。四种电纺丝方法示意图。(B) 混合电纺丝。(C) 乳化电纺丝。(D) 并排电纺丝。(E) 同轴电纺丝。