容积性肌肉损失（VML）是由战创伤、交通事故或肿瘤切除导致的严重肌肉损伤（超过20%肌肉质量丧失），其自我再生能力被破坏，伴随氧化应激和慢性炎症，最终引发不可逆的纤维化与永久性功能障碍。当前临床金标准——自体肌肉移植面临供体有限、术后坏死感染等难题。因此，开发能调控损伤微环境、恢复肌肉结构和功能的新策略迫在眉睫。
广州医科大学周丽教授、刘金保教授、Zhuang Haixia博士开发了一种具有pH/活性氧（ROS）双响应特性的生物活性胆红素水凝胶（DPBD）。该材料通过抑制巨噬细胞糖酵解代谢（降低磷酸果糖激酶活性）、促进M2型巨噬细胞极化，显著减轻炎症并增强肌肉神经支配。同时，DPBD具备自修复、强组织黏附性和快速止血能力，在动物实验中成功促进新生肌纤维形成、血管生成及运动功能恢复，为VML治疗提供新方案。
DPBD水凝胶的智能特性
DPBD由醛基化葡聚糖（DCHO）、多肽-胆红素复合物（PABR）和双硫键交联剂（DTPH）通过希夫碱反应形成。该材料10秒内实现自愈合（图1F），在37℃下保持18小时稳定（图1G），并响应伤口微环境的pH/ROS变化而智能降解（图1H-I）。其黏附性可牢固贴合肌肉组织（图1L），止血实验中失血量（12.7mg）较未处理组（80.6mg）降低84%（图1N-O）。
图1. DPBD 及对照组材料的结构表征与多功能性能评估。
抗菌、抗氧化与免疫调控
DPBD对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）等致病菌抑制率超99%（图2A-B），并清除88%的过氧化氢（图2C）。通过下调磷酸果糖激酶基因（Pfkl/Pfkm/Pfkp），抑制巨噬细胞糖酵解（图3G-I），降低促炎因子TNF-α表达（图2I），同时促进抗炎因子IL-10分泌（图2J），驱动M1向M2型巨噬细胞转化（图2G-H），重塑修复微环境。
图2. DPBD 的体外抗菌、抗氧化及抗炎效果评估。
图3. 巨噬细胞胞内反应作用评估。
促进细胞增殖与肌源性分化
DPBD在80μg/mL浓度下仍保持75%以上细胞活性（图4B-D），显著加速内皮细胞迁移（迁移率86.74%，图4H）和血管管腔形成（管状结构数量为对照组的1.63倍，图4L）。在成肌细胞中，DPBD上调关键基因MyoD/MyoG/MHC（图5F），使肌管融合指数提升1.4倍（图5E），推动成熟肌纤维生成。
图4. DPBD 的体外生物相容性、细胞增殖、迁移及血管化能力评估。
图5. DPBD 的体外肌源性分化能力评估。
动物实验验证功能恢复
在大鼠胫骨前肌VML模型中，DPBD治疗4周后：
· 结构修复：缺损区新生肌纤维数量增加（图6D），胶原沉积减少（图7H），肌球蛋白（MHC）表达强度达对照组2倍（图7G）。
· 神经再生：神经肌肉接头（α-BTX+/βIII-tubulin+）密度接近正常水平（图7J），电生理检测显示运动电位振幅与正常组无差异（图7P）。
· 功能恢复：步态分析表明步幅恢复至正常组95%（图7S），肌肉拉伸强度显著提升。
图6. 体内骨骼肌再生组织学分析及局部组织微环境变化。
图7. DPBD 水凝胶促进 VML 后结构-功能性骨骼肌再生。
安全性与降解
皮下植入实验显示，DPBD在14天内完全降解，主要器官无病理损伤，血液指标正常，证实其生物相容性。
总结与展望
DPBD水凝胶通过胆红素的多重生物活性，同步解决VML微环境紊乱（感染/氧化/炎症）和再生能力缺陷两大难题。相比传统支架材料，其无需外源添加细胞或生长因子即可促进结构-功能双重再生，简化临床操作。未来需进一步优化力学强度并探索长期疗效，为战创伤救治提供新型智能材料工具。
来源：材料科学前沿