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西安交大陳鑫教授課題組 Small：具有生理響應(yīng)性光熱轉(zhuǎn)換和納米催化醫(yī)學(xué)能力的智能水凝膠-可綜合抑制細(xì)菌和炎癥、治療感染性傷口
2024-10-15  來源：高分子科技

  近年來，為了實現(xiàn)有效的抗菌治療，已經(jīng)開發(fā)出多種基于各種納米粒子的化學(xué)動力學(xué)療法和光熱療法。但單獨使用化學(xué)動力學(xué)療法的有限治療效率以及光熱療法對細(xì)菌和周圍健康組織的無差別損傷仍是其在感染性傷口治療臨床應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)。此外，在化學(xué)動力學(xué)療法和光熱療法介導(dǎo)的抗菌過程中，內(nèi)源性巨噬細(xì)胞容易在局部 ROS 和高熱作用下轉(zhuǎn)化為促炎型巨噬細(xì)胞（M1表型），從而促進(jìn)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致組織再生被抑制，傷口可能會進(jìn)一步惡化。因此，如何實現(xiàn)高效抗菌的同時避免炎癥的產(chǎn)生，是一個有待研究并期待解決的問題。


  近期，西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院陳鑫教授課題組，針對上述挑戰(zhàn)開發(fā)了一種席夫堿鍵交聯(lián)的水凝膠，負(fù)載了功能性CeO2-Au 納米合金（ACP NPs），用于促進(jìn)感染傷口愈合（圖1）。研究人員發(fā)現(xiàn)，將CeO2與Au復(fù)合后，大大提高了CeO2中Ce3+的比重，實現(xiàn)了類過氧化物酶活性的有效提高，同時也賦予了ACP NPs實現(xiàn)光熱治療的能力。電荷翻轉(zhuǎn)基團PD的修飾，也使得ACP NPs具備了高選擇性光熱特性，為實現(xiàn)細(xì)菌特異性光熱治療提供了一種新方法（圖2）。在感染組織的酸性環(huán)境下，帶有pH 響應(yīng)性電荷反轉(zhuǎn)基團的ACP NPs可以實現(xiàn)電荷的由負(fù)轉(zhuǎn)正，并與帶負(fù)電的細(xì)菌膜結(jié)合，形成ACP NPs/細(xì)菌聚集體。這一過程不僅能使 ACP NPs 與細(xì)菌緊密接觸，通過 CeO2的類Fenton催化反應(yīng)將感染區(qū)域過量的H2O2轉(zhuǎn)化為有毒的·OH實現(xiàn)零距離的化學(xué)動力學(xué)抗菌治療，還能在原位產(chǎn)生光熱劑（Au聚集體），在近紅外（NIR）輻射下實現(xiàn)細(xì)菌特異性光熱治療，二者協(xié)同作用下實現(xiàn)對細(xì)菌的高效殺滅（圖3）。此外，ACP NPs 還能進(jìn)入周圍的 M1 巨噬細(xì)胞，并通過類過氧化氫酶和類超氧化物歧化酶催化特性清除這些細(xì)胞中性細(xì)胞質(zhì)中的 ROS，從而進(jìn)一步誘導(dǎo) M1型巨噬細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化（圖4），從而顯著抑制炎癥反應(yīng)，促進(jìn)組織再生，實現(xiàn)對感染性傷口的有效治療（圖5）。綜上所述，該研究利用ACP NPs在不同生理環(huán)境下的聚集分散狀態(tài)及功能的調(diào)節(jié)機制，構(gòu)建了一種抗菌抗炎一體化的復(fù)合水凝膠，為感染傷口的修復(fù)提供了新思路。


圖1 復(fù)合水凝膠AO@ACP的制備示意圖及其在感染傷口愈合中的應(yīng)用


圖2 體外響應(yīng)性ROS產(chǎn)生，清除及光熱性能測試


圖3 體外抗菌性能表征


圖4 體外ROS清除及巨噬細(xì)胞極化性能分析


圖5 體內(nèi)感染傷口修復(fù)性能評價


  該項研究以“Intelligent Hydrogel with Physiologically Dependent Capacities of Photothermal Conversion and Nanocatalytic Medicine to Integratively Inhibit Bacteria and Inflammation for On-Demand Treatment of Infected Wound”為題發(fā)表在《Small》上。西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院陳鑫教授為文章的通訊作者。西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院博士研究生穆文云和劉杰為文章的共同第一作者。該研究得到了國家高層次人才特殊支持計劃、陜西省科技創(chuàng)新團隊、國家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基金、西安交通大學(xué)“青年拔尖人才支持計劃”等項目的支持。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202405464

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