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國科溫州研究院楊晨、東華大學倪似愚《ACS AMI》：溫和光熱輔助含低劑量納米硒的復合水凝膠促進治療感染性創(chuàng)面愈合
2023-02-03  來源：高分子科技

  皮膚產(chǎn)生創(chuàng)面后極易受到外部細菌的感染，從而進一步損傷皮膚甚至內(nèi)部器官。抗菌敷料是一種非常有前景的治療策略。然而，目前臨床上可使用的抗菌敷料種類有限且存在明顯的局限性，比如最常見的銀離子敷料具有細胞/組織毒性的風險。此外，現(xiàn)有的抗菌敷料通常是“生物惰性”的，缺乏主動促進傷口愈合、減少愈合周期的特性。因此，迫切需要開發(fā)一種兼具高效抗菌與高生物活性的傷口敷料，以針對性地治療感染性創(chuàng)面。


  納米硒被廣泛報道具備抗菌、抗氧化、抗炎、促進組織再生等特性，是非常有潛力的創(chuàng)面修復材料，然而納米硒發(fā)揮這些功效的最佳濃度并不一致：高劑量納米硒具備優(yōu)異的抗菌性能，但是會產(chǎn)生細胞毒性，而低劑量納米硒具備諸多生物活性，但抗菌性能一般。


  近日，中國科學院大學溫州研究院楊晨副研究員聯(lián)合東華大學倪似愚副教授團隊設(shè)計制備了一種含低劑量納米硒的光熱型復合水凝膠（圖1）。該復合水凝膠由聚多巴胺修飾的海藻酸水凝膠和低劑量納米硒組成，聚多巴胺賦予了復合水凝膠良好的近紅外光熱性能，而低劑量納米硒增強了材料的多方面生物活性，包括抗氧化、抗炎、促進細胞增殖、遷移、成血管等。更有意思的是，近紅外照射引起的溫和熱環(huán)境（45 ℃）與低劑量納米硒一起產(chǎn)生獨特的協(xié)同抗菌效應，能夠高效清除金黃色葡萄球菌（S.aureus）和大腸桿菌（E.coli）。動物實驗進一步證明了溫和光熱輔助含低劑量納米硒的復合水凝膠能夠有效清除傷口表面的細菌、加速新生血管的形成、促進膠原生成和傷口愈合。 


圖1. 設(shè)計了一種光熱性能良好的聚多巴胺/海藻酸鈉/納米硒復合水凝膠。該水凝膠在近紅外光照下能有效殺死細菌、抑制炎癥并誘導血管新生，從而顯著促進感染性創(chuàng)面的愈合。

  該工作以“Mild Heat-Assisted Polydopamine/Alginate Hydrogel Containing Low-Dose Nanoselenium for Facilitating Infected Wound Healing”為題發(fā)表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上（DOI: 10.1021/acsami.2c21516）。文章共同第一作者是徐金鳳、MR. Younis和張趙文斌。該研究得到國家自然科學基金委（No. 32271386）、溫州市科技重大項目（ZY2022028）、溫州市科技項目（Y20220142）、上海市自然科學基金項目（19ZR1401000），浙江省組織修復材料工程研究中心項目（WIUCAZZXF21001）與國科溫研究院啟動專項（WIUCASQD2020013, WIUCASQD2021030）的支持。


【文章要點】


一、低劑量納米硒的復合水凝膠的制備及性能表征


  本研究采用物理包裹的方式，成功將納米硒負載在聚多巴胺修飾的海藻酸鈉復合水凝膠中。從掃描電鏡圖像上可以清楚地觀察到，納米硒顆粒均勻地分散在水凝膠的網(wǎng)絡縫隙中，并且隨著顆粒濃度的提升，納米硒顆粒逐漸將水凝的網(wǎng)絡縫隙填滿。由于聚多巴胺的存在，復合水凝膠具有優(yōu)異的光熱性能，而納米硒的引入對其光熱性能無顯著影響。此外，在納米硒與聚多巴胺的協(xié)同作用下，復合水凝膠具有優(yōu)異的抗氧化性，可顯著清除ABTS和DPPH自由基。 


圖2 低劑量納米硒復合水凝膠具有優(yōu)異的光熱性能與抗氧化性能。


二、低劑量納米硒的復合水凝膠激活皮膚相關(guān)細胞（內(nèi)皮細胞與成纖維細胞）的活性


  低劑量納米硒的復合水凝膠能夠顯著促進人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）和小鼠上皮樣成纖維細胞（L929）的增殖與遷移活性，并且上調(diào)HUVECs中血管生成相關(guān)基因（包括內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）和成纖維細胞生長因子（FGF2））的表達，證明其在體外具有優(yōu)異的生物活性。 


圖3 低劑量納米硒的復合水凝膠促進細胞增殖、遷移與成血管基因表達


三、溫和光熱輔助低劑量納米硒的復合水凝膠體外抗菌


  為了研究溫和熱效應與低劑量納米硒協(xié)同抗菌的作用功效，采用808 nm近紅外光照射復合水凝膠，以構(gòu)建45 ℃的溫和熱環(huán)境。在溫和光熱的輔助下，復合水凝膠對金黃色葡萄球菌（S.aureus）和大腸桿菌（E.coli）的抑制率分別達了99.72%和99.80%。從掃描電鏡圖像上可以清晰地觀察到在45℃溫和光熱與低劑量納米硒協(xié)同作用下，細菌細胞膜被破壞，內(nèi)容物流出，證明含低劑量納米硒的復合水凝膠具有優(yōu)異的體外抗菌效果。 


圖4 溫和光熱輔助低劑量納米硒復合水凝膠高效抗菌


四、溫和光熱輔助低劑量納米硒的復合水凝膠對感染性創(chuàng)面的治療功效


  為了探究溫和光熱輔助低劑量納米硒復合水凝膠對感染性創(chuàng)面的治療功效，將其覆蓋在金黃色葡萄球菌感染的小鼠皮膚創(chuàng)面上，并通過近紅外光照射15分鐘來構(gòu)建45℃的溫和熱環(huán)境。可以發(fā)現(xiàn)，45℃溫和熱與低劑量的納米硒的協(xié)同作用在體內(nèi)也展現(xiàn)出優(yōu)異地抗菌性能，24小時內(nèi)可將感染創(chuàng)面表面的細菌存活率降低到17.04%。此外，低劑量納米硒復合水凝膠還能夠顯著促進感染性創(chuàng)面早期的愈合。處理3天后，創(chuàng)面的愈合率就高達52.81%。而在9天后，經(jīng)過低劑量納米硒復合水凝膠處理的創(chuàng)面已經(jīng)幾乎完全愈合。 


圖5 溫和光熱輔助低劑量納米硒的復合水凝膠顯著促進感染性創(chuàng)面的愈合


  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c21516

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（責任編輯：xu）
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