研究簡介:在再生醫學中，有效管理外科皮瓣的組織缺血至關重要，但也充滿挑戰，主要是因為血液灌注不足常導致遠端皮瓣尖端壞死。本研究旨在探討嵌入在明膠甲基丙烯酰胺（GelMA）水凝膠中的過氧化氫酶涂覆的氧氣生成微粒（cOMP-GelMA水凝膠）的治療潛力，以建立有利于組織再生的優化微環境。通過使用大型（3 × 9 cm2）大鼠隨機皮瓣模型，評估了四組實驗對象的皮瓣存活與再生情況：對照組、純GelMA水凝膠組，以及含有兩種cOMP濃度（0.2% 和 0.5% w/v）的cOMP-GelMA水凝膠組。研究結果顯示，與含有0.5% cOMP的cOMP-GelMA相比，含有0.2% OMP的cOMP-GelMA能顯著增強血管生成、動脈生成、線粒體生物合成和抗氧化能力。此外，較低cOMP濃度（0.2%）比較高濃度（0.5%）更能顯著減輕炎癥反應。這些結果證明，通過適度的氧氣輸送所實現的輕度缺氧，通過過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1-α和缺氧誘導因子1-α依賴的信號通路，有利于組織修復與再生。本研究突出了使用大型模型探索輕度缺氧治療益處的創新性，并表明cOMPs控制的氧氣輸送可以改善缺血組織的長期功能恢復。

Unisense微電極測定系統的應用

unisense氧氣微電極用于實時、原位監測皮瓣組織內的氧分壓（pO?）變化，從而客觀評估cOMP-GelMA水凝膠對局部氧微環境的調控效果。研究人員在大鼠皮瓣模型的特定位置（例如皮瓣遠端缺血區域）植入Unisense氧微電極，以直接測量組織內部的氧氣濃度。這種測量通常在術后不同時間點（如植入水凝膠后數小時至數天）進行，以動態追蹤氧分壓的時空變化。

實驗結論

研究證實了cOMP-GelMA水凝膠作為一種局部氧氣輸送平臺，在增強缺血組織修復方面具有顯著的治療潛力。其核心機制在于，通過可控的氧氣釋放，在植入部位創造了一個輕度缺氧的微環境。這種優化的微環境能夠有效促進血管生成和動脈生成，同時減輕炎癥反應并降低氧化應激。這些有益效果主要是通過激活缺氧誘導因子1-α（HIF-1α） 和過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1-α（PGC-1α） 依賴的關鍵信號通路來實現的。該水凝膠具有良好的生物相容性、可擴展性，并且其皮下植入的策略使其能夠與皮下血管叢直接相互作用，克服了組織氧擴散的限制。這些發現為推進氧生成生物材料的臨床應用奠定了堅實基礎，不僅為解決重建外科中的關鍵挑戰提供了方案，也為治療糖尿病慢性潰瘍、心肌缺血等多種缺血性疾病指明了新的、可定制的治療方向。

圖1、COMP-GelMA 水凝膠片植入后向缺血區域局部輸送氧氣的總體示意圖，以及通過提高 HIF-1α 水平和 PGC-1α 激活來增強皮瓣存活的可能機制。PGC-1α，過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子 1-α；HIF-1α，缺氧誘導因子 1-α。

圖2、OMP-GelMA 的特性分析。（A）二維圖像展示了 OMP（0.2%）在 cOMP-GelMA 中的分布情況（比例尺為 500 微米，圖中插圖比例尺為 50 微米）。（B）通過使用 MATLAB 處理圖像來識別顆粒（藍色：OMP）。（C）顯示 cOMPs 之間三角形網格的圖像。（D）cOMPs 的距離分布圖。（E）包含 0.2% OMP 的 cOMP-GelMA 的三維斷層圖像（比例尺為 20 微米）。（F）折射率映射圖形結果顯示 OMP 的分布情況以及（G）其高幅度圖像。藍色：PCL，紅色：CaO2。（H）OMP 的示意圖。（I）藍色和紅色區域之間的折射率差異。（J）在 37℃下，不同 OMP 濃度的 cOMP-GelMA 在 PBS 中隨時間的膨脹率圖。

（K）在 37℃下，不同 OMP 濃度的 cOMP-GelMA 在 PBS 中加入 2μg/mL 膠原酶后隨時間的降解率圖。（L）cOMP-GelMA 的儲存和損耗模量隨角頻率的變化情況。（M）1 弦/秒時的 cOMP-GelMA 的儲存模量（*p < 0.01）。（N）從 1 毫升無氧 PBS 中 0.2% OMP 中隨時間測量的氧氣量示意圖以及 0.2% OMP 在 1 毫升無氧 PBS 中隨時間的氧氣釋放曲線。（O）純 OMPs 和 cOMP 釋放的 H2O2 量。（P）cOMP-GelMA 中氧含量的示意圖以及在室溫下無氧 PBS 中孵育 1 天后不同 OMPs 濃度下 cOMP-GelMA 釋放的氧量。