糖尿病足，是糖尿病的典型并发症之一。一旦形成糖尿病足伤口则会难以愈合，甚至会导致截肢，给糖尿病患者带来了极大痛苦。
糖尿病足的高糖微环境，会诱导过量的糖化反应和慢性炎症反应，这也是糖尿病足难以愈合的主要原因。而长期服用降糖药容易引起耐药性，导致血糖水平得不到持续有效的控制，致使糖尿病足久治不愈。
氢气分子被证明具有抗炎效应，当使用溶解了氢气的水也就是富氢水进行泡浴时，可在一定程度上促进糖尿病足伤口的愈合。然而，足部的长时间泡水既会拖慢结痂，也无法改变高糖微环境，故会阻碍糖尿病足的治疗。
针对目前存在的难题，上海交通大学材料学院/氢科学中心教授 团队，提 出一种治疗糖尿病足的新技术，即开发 了一种光催化敷料，不仅可以原位剥夺糖尿病足伤口的糖分（治本），还能同时产生抗炎氢分子（治标），让糖尿病足患者得以标本兼治。
图 | 何前军（来源： ）
研究中，该团队将二氧化钛基纳米材料与水凝胶混合，制备出一种新型光催化敷料。将此敷料涂抹在小鼠糖尿病伤口表面，然后施以光照，便能通过光催化反应实现糖剥夺和产氢，达到理想的糖尿病伤口治疗效果。
使用该敷料可以大大提高糖尿病伤口的愈合速度，与无糖尿病的普通伤口愈合速度相当。可以说，敷料使用方便、疗效显著，具有明显的临床应用前景。而且，其使用生物安全性较高的二氧化钛基材料与水凝胶为原料，很有利于临床转化。
要想深入了解研究原理，先得理解糖尿病足的形成过程。据介绍，高血糖会导致晚期糖基化终末产物（AGEs，Advanced glycation end-products）在体内的大量积聚，从而引发糖尿病的各种并发症。
本工作发现，使用光催化敷料去剥夺糖尿病足伤口的糖分，可以显著降低伤口部位 AGEs 的产生，同时光催化产生的氢分子，可以降低晚期糖基化终末产物受体（RAGE，receptor for advanced glycation end products）的表达，从而让皮肤细胞的凋亡得到协同阻止，并促进皮肤细胞的增殖与迁移，促进糖尿病足伤口的愈合。这一发现也为借助氢分子促进伤口愈合，提供了一定理论基础。
近日，相关论文以《光催化脱葡萄糖和产氢对糖尿病伤口愈合的影响》（ ）为题发表在 Nature Communications 上[1]，Shengqiang Chen 担任第一作者， 担任通讯作者。
图 | 相关论文（来源： Nature Communications ）
评审专家认为，本工作提出了一个光催化治疗糖尿病足的新概念，设计了一种能高效治疗糖尿病伤口的新敷料，并揭示了其治疗新机制。
研究中，该团队先是意识到糖尿病足是一种重要的临床难题，这也是该研究的原动力。然后，课题组摸排了糖尿病足临床药物存在的各种缺陷，并总结出如下问题：缺乏高效降糖和抗炎的手段，是制约糖尿病足治疗的瓶颈。
然后，便是针对上述临床瓶颈问题，提出新的治疗理念和构想，合理设计并合成新的药物，接着测试其性能，从体外到体内逐步验证其疗效和生物安全性。
研究小组联想到，催化反应涉及氧化、还原两个半反应，可分别用来氧化糖分、以及将质子还原为具有抗炎活性的氢气分子，从而在理论上达到局部降糖和抗炎的双重目的。
而光催化对于伤口这样的浅表疾病治疗，更易于操作和实施，那么如何设计光催化剂以满足氧化葡萄糖产氢，则是药物设计的关键。
考虑到二氧化钛的高生物安全性和光催化性质，研究者通过氢掺杂改性的方式调节其能带结构，让其能吸收可见光，从而激发光催化反应，借此以氧化的方式来剥夺葡萄糖并产生氢气分子。最终，课题组成功合成了这种理想材料，在体内外皆验证了其疗效和生物安全性。
在治疗原理上，常常需要从多角度和多层面来深入探究。既然高的糖浓度会加快糖基化反应，促进 AGEs 的过度产生，进而引发糖尿病的各种并发症。
因此，该团队猜测光催化治疗能通过抑制 AGEs 的产生，发挥治疗糖尿病足的作用。沿着这个思路，最终在细胞和动物层面都验证了这个假设。
此外，他们还意外发现光催化产生的氢气，能够降低晚期糖基化终末产物受体的表达，从而与光催化降糖产生协同效应，最终联合促进了糖尿病足伤口的愈合。
据悉， 曾开辟“纳米气体医学”这一研究领域，并首次提出“氢热疗法”的概念。对此他表示，一氧化氮和氢气等气体分子具有广谱抗炎、抗癌、舒张血管和促进创面愈合的特点，具有广泛的应用前景，譬如硝酸甘油（一种一氧化氮前体药物）被广泛用于心肌梗死急救，氢氧呼吸疗法被用于控制新型冠状病毒导致的肺炎。
但是，这些气体分子难以在病灶部位高效递送，限制了它们的疗效和应用范围。纳米气体医学是融合了纳米医学与气体医学的一个新兴交叉学科领域，旨在使用纳米技术和纳米材料，解决气体分子高效递送的难题。
目前，这一交叉领域的发展渐受关注，前景广阔。已有 60 多项临床试验验证了吸氢气和饮用富氢水，对于众多炎症相关的疾病具有显著的治疗作用，然而目前只有少部分患者从中获益。
其中原因众多，包括科普不够到位导致大众信任度不够高、技术壁垒不高导致产业动力不足、氢分子剂量不够高导致疗效不够显著等。
因此，亟待开发具有高技术、高性能和高价值的新药，而用于治疗糖尿病足伤口的光催化敷料借此应运而生。然而，新药从开发到应用是一个相对漫长的过程，涉及较为复杂的流程和较大的资本投入。要让患者广泛受益，目前还需要一些时日。
而基于本此研究，接下来 团队将在大动物和人体上，进一步验证光催化敷料的生物安全性和糖尿病伤口的治疗性能，并探究最佳的治疗剂量。其还表示期待该敷料能够早日进入临床试验，早日造福糖尿病足患者。
参考资料：
1.Chen, S., Zhu, Y., Xu, Q. et al. Photocatalytic glucose depletion and hydrogen generation for diabetic wound healing. Nat Commun 13, 5684 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33475-7
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