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吉林大學(xué)林權(quán)教授團(tuán)隊(duì) CEJ:葡萄糖響應(yīng)性水凝膠優(yōu)化芬頓反應(yīng)以根除多重耐藥細(xì)菌促進(jìn)感染型糖尿病傷口愈合
2024-04-14  來(lái)源:高分子科技

  糖尿病患者常見(jiàn)的嚴(yán)重臨床問(wèn)題之一是耐藥細(xì)菌感染。由于體內(nèi)血糖水平持續(xù)偏高,免疫功能受損,難以有效清除傷口部位的細(xì)菌,導(dǎo)致傷口容易受到感染。高血糖環(huán)境為細(xì)菌提供了更多附著和增殖的機(jī)會(huì),導(dǎo)致它們?cè)谔悄虿』颊叩膫诒砻嫘纬烧掣叫陨锬,使其更難被免疫系統(tǒng)和抗生素清除。由于高血糖微環(huán)境引起的血管缺陷和耐藥細(xì)菌的廣泛增殖,感染糖尿病傷口的治療面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。


  針對(duì)上述挑戰(zhàn),吉林大學(xué)林權(quán)團(tuán)隊(duì)和吉林大學(xué)白求恩第二醫(yī)院手外科瞿文瑞團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)一種具有雙重特性的葡萄糖響應(yīng)性水凝膠敷料系統(tǒng)(CGH),可以有效治療大鼠耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)感染的傷口并促進(jìn)傷口愈合。該水凝膠由氧化透明質(zhì)酸(HA-ALD)原位交聯(lián)的銅納米簇(CuNCs)合成的,并負(fù)載葡萄糖氧化酶(GOx)。GOx酶降解傷口部位過(guò)量的葡萄糖,產(chǎn)生葡萄糖酸和H2O2,并優(yōu)化芬頓反應(yīng)的限制因素。pH值降低會(huì)削弱 CuNCs 和 HA-ALD 之間的相互作用,促使 CuNCs釋放,通過(guò)芬頓反應(yīng)降解H2O2來(lái)催化產(chǎn)生活性氧 (ROS)。這個(gè)過(guò)程可以消滅耐藥細(xì)菌。此外,CuNCs賦予水凝膠優(yōu)異的導(dǎo)電性,從而能夠通過(guò)電刺激(ES)促進(jìn)血管形成,從而促進(jìn)傷口周?chē)慕M織修復(fù)。這項(xiàng)研究工作所開(kāi)發(fā)的新型多功能傷口愈合系統(tǒng)可以適應(yīng)不規(guī)則的傷口形狀,降低傷口內(nèi)的葡萄糖水平,建立持續(xù)的無(wú)菌環(huán)境,并通過(guò)電刺激促進(jìn)血管形成。


  該工作以“Glucose-Responsive hydrogel optimizing Fenton reaction to eradicate multidrug-resistant bacteria for infected diabetic wound healing” 為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》。文章第一作者為吉林大學(xué)博士李星辰。通訊作者為吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院林權(quán)教授、吉林大學(xué)第二醫(yī)院瞿文瑞副主任醫(yī)師。


Scheme 1制備CGH水凝膠的關(guān)鍵步驟及其在糖尿病傷口愈合中的相關(guān)主要機(jī)理途徑。


圖 1. (a) CuNCs的TEM圖像。(b) CuNCs 的尺寸分布直方圖。(c) CGH水凝膠的SEM圖像。(d) CGH水凝膠的凝膠化過(guò)程。(e) CGH的XPS 光譜中(f) Cu 2p 和 (G) C 1s 的高分辨率XPS光譜。


圖 2. CGH 的抗菌機(jī)理研究。(a) MRSA在不同處理下的掃描電鏡圖像:(I) PBS,(II) CGH+Glu。(b) MRSA在(I) PBS、(II) CGH+Glu 處理后的 TEM 圖像。(c) CuNCs 與 MRSA 作用前后的 Zeta 電位。(d)從受損 MRSA 細(xì)胞中析出的蛋白質(zhì)。


圖 3. CGH水凝膠在促進(jìn) 糖尿病傷口感染MRSA的愈合效果。(a) TIDM大鼠感染傷口愈合過(guò)程中不同時(shí)期傷口的代表性照片。(b) 傷口殘留面積比的定量結(jié)果。(c) H&E 和 Masson染色的代表性圖像。(d) HE染色測(cè)量傷口長(zhǎng)度。(e)肉芽組織厚度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。(f)膠原沉積的平均熒光密度。


  該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的葡萄糖響應(yīng)優(yōu)化芬頓反應(yīng)因子水凝膠,有效解決高血糖環(huán)境下耐藥細(xì)菌感染和傷口愈合等問(wèn)題,這種多功能水凝膠具有優(yōu)異的抗菌性、自愈性、導(dǎo)電性、機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療策略。CuNCs通過(guò)級(jí)聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生大量的·OH,對(duì)耐藥細(xì)菌具有出色的抵抗力,并有助于抑制細(xì)菌性炎癥,促進(jìn)傷口愈合從炎癥階段到增殖階段的快速轉(zhuǎn)變。同時(shí),GOx能有效降低傷口中的血糖,優(yōu)化芬頓反應(yīng)顯著增強(qiáng)抗菌效果。此外,引入電刺激有利于水凝膠與周?chē)M織之間的電子傳輸和信息交換,促進(jìn)血管再生,加快傷口愈合。CGH 水凝膠在治療 MRSA 感染的糖尿病傷口方面表現(xiàn)出超越傳統(tǒng)抗生素和敷料的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150545

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