糖尿病作为一种代谢性疾病，其骨微环境呈现显著的病理变化，包括巨噬细胞向促炎M1表型极化、促炎细胞因子水平升高以及活性氧（ROS）过度积累，这些因素共同形成恶性循环，阻碍骨缺损的正常愈合。现有生物材料多基于单一机制（如单纯成骨或抗氧化功能），难以在复杂的糖尿病微环境中实现协同调控。近期，新疆师范大学化学化工学院王英波教授团队在《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院二区TOP，IF=8.5）上发表题为“The GG/TA-Zn composite hydrogel enhances diabetic bone defect healing via inflammation regulation and vascular-bone synergistic effects”的研究论文。该研究成功开发了一种多功能结冷胶/单宁酸-锌（GG/TA-Zn）复合水凝胶，通过调控炎症微环境、促进血管生成与成骨协同作用，为糖尿病骨缺损修复提供了创新性解决方案。论文第一作者为博士生唐小慧，王英波教授为通讯作者，研究获国家自然科学基金（编号：52063027、52362039）等项目资助。

糖尿病骨缺损修复面临慢性炎症、氧化应激和骨代谢紊乱等多重挑战，传统单一机制材料难以应对复杂病理微环境。本研究基于结冷胶（GG）的三维网络结构，整合单宁酸（TA）的抗氧化/免疫调节能力和锌离子（Zn⟡⁺）的成骨活性，通过自组装法制备了GG/TA-Zn复合水凝胶。

该水凝胶凝胶时间短（仅需2分钟）、多孔结构及持续Zn⟡⁺释放特性（7天内累积释放量达0.15 mg/L），其储存模量（G′）显著高于纯GG水凝胶，表明金属-多酚配位增强了网络稳定性。

图1. GG/TA-Zn水凝胶的构建及其在糖尿病骨修复中的多重作用机制示意图

在抗氧化方面，GG/TA-Zn水凝胶对DPPH自由基、单线态氧（¹O₂）、羟基自由基（·OH）和超氧阴离子（·O₂⁻）均表现出高效清除能力。在脂多糖（LPS）诱导的巨噬细胞模型中，该水凝胶可显著降低细胞内活性氧（ROS）水平，并促进巨噬细胞从促炎M1表型向抗炎M2表型极化，表现为促炎因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）下调及抗炎因子（IL-4、IL-10）上调。

在血管生成方面，水凝胶提取物可显著促进人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的增殖、迁移和成管能力，CD31免疫荧光染色及qPCR分析显示VEGF和CD31表达量分别提升6.5倍和3.5倍。同时，该材料通过Zn⟡⁺持续释放激活成骨信号通路，使大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）的碱性磷酸酶（ALP）活性提升2.1倍，钙结节形成量增加3.4倍，成骨标志物（Runx2、OCN、OPN）表达显著上调。

本研究通过DFT计算揭示了TA-Zn配位与GG静电耦合的协同组装机制，证实多弱相互作用力共同稳定了三元网络结构。与单一功能材料相比，GG/TA-Zn水凝胶首次实现了抗氧化、免疫调节、血管生成和成骨分化功能的整合，为糖尿病等代谢性骨病提供了新型材料平台。

图2. 水凝胶的成骨特性的实验研究（a）BMSCs的活/死染色；（b）CCK-8增殖实验；（c）划痕实验检测细胞迁移；（d）迁移定量结果；（e）ALP和ARS染色；（f）ALP/ARS定量分析；（g）OCN/Col-1/RUNX-2的qPCR检测；（h）OCN/Col-1/RUNX-2的Western blot分析。

研究的创新性在于突破了传统单功能材料的局限，将GG的三维网络特性、TA的抗氧化/免疫调节能力与Zn⟡⁺的成骨活性耦合，为糖尿病等代谢性骨病提供了兼具适配性与功能协同的材料平台。这一工作不仅明确了糖尿病骨缺损修复中的核心病理障碍，也为复杂病理条件下的组织工程材料设计提供了新思路。

图3 王英波教授课题组合影（一排左二系本文第一作者博士研究生唐小慧）

王英波，新疆师范大学化学化工学院教授、博士生导师、博士后合作导师，现任学院副院长。入选自治区人才项目，现任新疆储能与光电催化材料自治区重点实验室主任，兼任中国生物材料学会委员、中国复合材料学会生物复合材料分会委员、新疆新材料产业联合体专家委员。主持国家自然科学基金项目3项、省部级及以上科研项目5项。以第一作者或通讯作者身份在SCI期刊发表学术论文30余篇，申请国家发明专利13项，其中授权7项，成果转化3项，在生物医用材料领域形成了较为系统的研究基础。领衔的生物医用材料团队现有教师4人，其中正高级职称1人、副高级职称2人、青年博士1人。团队围绕功能纳米颗粒与生物医用材料开展多方向交叉研究，重点聚焦以下研究领域：功能纳米材料的设计与可控制备及其在药物递送与组织修复中的应用；天然产物活性成分与生物材料复合体系构建及其在创面修复敷料中的应用；类淀粉样蛋白质聚集体在口腔医学领域的应用研究，包括牙本质小管封闭与龋齿矿化修复，并拓展至农业领域用于水果保鲜及降低农药残留。在能源材料方向，团队同时开展储能材料相关研究，主要包括电极材料、聚合物电解质、柔性可穿戴与可植入储能器件开发，以及锌离子电池体系中聚合物电解质、电解质添加剂与锌阳极界面行为调控等研究。近年来，团队在生物医用材料及相关交叉领域持续取得系列研究成果，逐步形成特色研究方向。未来团队将继续围绕自治区“五大战略定位”需求，推动医工交叉与新材料研究发展，服务区域科技创新与产业发展。

信息、图片来源：化学化工学院     编审：宣传部