DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2025.1695821
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602470
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Ziyue Fu وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد النانوية المتقدمة في الحفز
نظرة عامة
تشكل قرحات القدم السكرية (DFUs) مضاعفة كبيرة للسكري، مما يساهم في زيادة المراضة، وتكاليف الرعاية الصحية، ووقوع بتر الأطراف السفلية. تعيق عملية شفاء DFUs بيئة ميكروية معقدة تتميز بالعدوى البكتيرية، الالتهاب المزمن، الإجهاد التأكسدي، وعدم كفاية تكوين الأوعية الدموية. ظهرت جزيئات أكسيد السيريوم النانوية (CeO₂ NPs) كخيار علاجي محتمل بسبب خصائصها المضادة للبكتيريا، والمضادة للالتهابات، ومضادات الأكسدة. يمكن لهذه الجزيئات النانوية أن تلتقط بفعالية الأنواع التفاعلية من الأكسجين (ROS)، وتخفف الالتهاب، وتعزز تجديد الأنسجة من خلال تعديل استقطاب البلعميات وتعزيز تكوين الأوعية.
على الرغم من إمكاناتها العلاجية، فإن التطبيق السريري لجزيئات CeO₂ NPs محدود بالتحديات مثل ضعف التوافق الحيوي، والتجمع، والسمية المعتمدة على الجرعة. لقد حسنت التطورات الأخيرة في استراتيجيات الطلاء – باستخدام البوليمرات، والجزيئات الحيوية الطبيعية، والطلاءات الهجينة – من الاستقرار، والاستهداف، والإفراج المنضبط عن هذه الجزيئات النانوية. تسلط هذه المراجعة الضوء على تصميم وآليات العلاج لجزيئات CeO₂ NPs المطلية في علاج DFUs، مع التأكيد على أهمية العلاجات المركبة والطلاءات الذكية المستجيبة. بالإضافة إلى ذلك، تتناول التحديات المتعلقة بالترجمة السريرية وتحدد اتجاهات البحث المستقبلية لتعزيز فعالية وسلامة هذه الجزيئات النانوية في البيئات السريرية.
الطرق
في هذا القسم، يناقش المؤلفون استراتيجيات التصميم والتركيب لمواد الطلاء على جزيئات أكسيد السيريوم النانوية (CeO₂ NPs) لتعزيز تطبيقاتها الطبية الحيوية. يحسن تعديل السطح باستخدام البوليمرات (مثل بولي إيثيلين جلايكول (PEG) وحمض البولي (لاكتك-كو-جليكوليك) (PLGA)) من تشتت الجزيئات النانوية ويحافظ على نشاطها الشبيه بالإنزيم. بالإضافة إلى ذلك، تسهل الطلاءات الجزيئية الحيوية (بما في ذلك الجيلاتين، والكيتوزان، والدكستران، وحمض الهيالورونيك (HA)) التصاق الخلايا، وتعزز تكوين الأوعية الجديدة، وتمكن من الإفراج المنضبط عن العوامل العلاجية. تعزز الطلاءات الهجينة، مثل تلك التي تحتوي على السيليكا المسامية، الاستقرار وتوفر تأثيرات علاجية مستدامة.
يمكن تحقيق تركيب CeO₂ NPs من خلال طرق متنوعة – كيميائية، أو فيزيائية، أو خضراء – تؤثر على حجمها، وشكلها، وخصائصها الأكسدة والاختزال، مما يؤثر على نشاطها البيولوجي. يؤكد المؤلفون على أن تحسين كل من نوع الطلاء واستراتيجية التركيب أمر حاسم للتطبيق الفعال لجزيئات CeO₂ NPs في المجالات الطبية الحيوية، وخاصة في شفاء الجروح والعلاجات التجديدية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التحديات المتعددة المرتبطة بقرحات القدم السكرية (DFUs)، بما في ذلك الإجهاد التأكسدي، الالتهاب المزمن، العدوى البكتيرية، ضعف تكوين الأوعية، وإعادة تشكيل المصفوفة خارج الخلوية (ECM) غير المنظم. تظهر جزيئات أكسيد السيريوم النانوية (CeO₂ NPs) كخيار علاجي واعد بسبب قدرتها على تعديل بيئة الجرح الميكروية. على وجه الخصوص، تظهر جزيئات CeO₂ NPs خصائص مضادة للأكسدة تحاكي أنشطة الإنزيم، مما يقلل من مستويات الأنواع التفاعلية من الأكسجين (ROS) والإجهاد التأكسدي، وهو أمر حاسم في تعزيز بيئة ملائمة لشفاء الجروح. بالإضافة إلى ذلك، قد تؤثر على استقطاب البلعميات، مما قد يحول التوازن من حالات الالتهاب (M1) إلى حالات مضادة للالتهاب (M2)، مما يعزز عمليات إصلاح الأنسجة.
تناقش الورقة أيضًا دور الأغشية الحيوية البكتيرية في استمرار الجروح المزمنة، مع التأكيد على أن الأغشية الحيوية تحمي مسببات الأمراض من الاستجابات المناعية والعلاجات التقليدية، مما يعقد عملية الشفاء. يتم مناقشة استراتيجيات لمكافحة الأغشية الحيوية، بما في ذلك استخدام الببتيدات المضادة للميكروبات والعلاجات الضوئية الديناميكية، على الرغم من أن التحديات المتعلقة بتطبيقها السريري لا تزال قائمة. علاوة على ذلك، يوضح القسم كيف أن الالتهاب المزمن والإجهاد التأكسدي يعطلان تكوين الأوعية، حيث تظهر جزيئات CeO₂ NPs إمكانات في تخفيف هذه المشكلات من خلال التقاط ROS وتعزيز وظيفة الخلايا البطانية. يتم التأكيد على أهمية إعادة تشكيل ECM، حيث أن فرط سكر الدم والالتهاب يعيقان نشاط الخلايا الليفية، مما يؤدي إلى تأخير الشفاء. يتم اقتراح استخدام مواد تحاكي الطبيعة، مثل الألياف النانوية المصنوعة بالكهرباء التي تحتوي على CeO₂، كاستراتيجية لاستعادة سلامة ECM وتعزيز الشفاء في الجروح السكرية. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن استهداف هذه العمليات المرضية المتنوعة باستخدام مواد مبتكرة مثل جزيئات CeO₂ NPs يمكن أن يحسن بشكل كبير النتائج العلاجية في DFUs.
DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2025.1695821
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602470
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Ziyue Fu et al.
Primary Topic: Advanced Nanomaterials in Catalysis
Overview
Diabetic foot ulcers (DFUs) represent a significant complication of diabetes, contributing to increased morbidity, healthcare costs, and the incidence of lower limb amputations. The healing of DFUs is hindered by a complex microenvironment characterized by bacterial infections, chronic inflammation, oxidative stress, and inadequate angiogenesis. Cerium oxide nanoparticles (CeO₂ NPs) have emerged as a potential therapeutic option due to their antibacterial, anti-inflammatory, and antioxidant properties. These nanoparticles can effectively scavenge reactive oxygen species (ROS), mitigate inflammation, and enhance tissue regeneration by modulating macrophage polarization and promoting angiogenesis.
Despite their therapeutic potential, the clinical application of CeO₂ NPs is limited by challenges such as poor biocompatibility, aggregation, and dose-dependent toxicity. Recent advancements in coating strategies—utilizing polymeric, natural biomolecules, and hybrid coatings—have improved the stability, targeting, and controlled release of these nanoparticles. This review highlights the design and therapeutic mechanisms of coated CeO₂ NPs in the treatment of DFUs, emphasizing the importance of combination therapies and smart-responsive coatings. Additionally, it addresses the challenges of clinical translation and outlines future research directions to enhance the efficacy and safety of these nanoparticles in clinical settings.
Methods
In this section, the authors discuss the design and synthesis strategies for coating materials on cerium dioxide nanoparticles (CeO₂ NPs) to enhance their biomedical applications. Surface modification using polymers (such as polyethylene glycol (PEG) and poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA)) improves the nanoparticles’ dispersion and maintains their enzyme-like activity. Additionally, biomolecule coatings (including gelatin, chitosan, dextran, and hyaluronic acid (HA)) facilitate cell adhesion, promote neovascularization, and enable controlled release of therapeutic agents. Hybrid coatings, such as those incorporating mesoporous silica, further enhance stability and provide sustained therapeutic effects.
The synthesis of CeO₂ NPs can be achieved through various methods—chemical, physical, or green—which influence their size, morphology, and redox properties, thereby affecting their biological activity. The authors emphasize that optimizing both the type of coating and the synthesis strategy is crucial for the effective application of CeO₂ NPs in biomedical fields, particularly in wound healing and regenerative therapies.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the multifaceted challenges associated with diabetic foot ulcers (DFUs), including oxidative stress, chronic inflammation, bacterial infection, impaired angiogenesis, and dysregulated extracellular matrix (ECM) remodeling. Cerium oxide nanoparticles (CeO₂ NPs) emerge as a promising therapeutic option due to their ability to modulate the wound microenvironment. Specifically, CeO₂ NPs exhibit antioxidant properties that mimic enzyme activities, reducing reactive oxygen species (ROS) levels and oxidative stress, which are critical in promoting a conducive environment for wound healing. Additionally, they may influence macrophage polarization, potentially shifting the balance from pro-inflammatory (M1) to anti-inflammatory (M2) states, thereby enhancing tissue repair processes.
The paper also addresses the role of bacterial biofilms in chronic wound persistence, emphasizing that biofilms protect pathogens from immune responses and conventional therapies, complicating healing. Strategies to combat biofilms, including the use of antimicrobial peptides and photodynamic therapies, are discussed, although challenges regarding their clinical application remain. Furthermore, the section outlines how chronic inflammation and oxidative stress disrupt angiogenesis, with CeO₂ NPs showing potential in alleviating these issues by scavenging ROS and enhancing endothelial cell function. The importance of ECM remodeling is underscored, as hyperglycemia and inflammation impair fibroblast activity, leading to delayed healing. The use of biomimetic materials, such as electrospun nanofibers containing CeO₂, is proposed as a strategy to restore ECM integrity and promote healing in diabetic wounds. Overall, the findings suggest that targeting these various pathological processes with innovative materials like CeO₂ NPs could significantly improve therapeutic outcomes in DFUs.