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重慶大學(xué)蔡開勇/馮茜團(tuán)隊 AFM：基于硫脲-陽離子螯合交聯(lián)的抗菌型皮膚敷料
2024-02-05  來源：高分子科技

  細(xì)菌感染和持續(xù)炎癥是糖尿病傷口發(fā)展成慢性不愈合傷口的最重要因素。如今，抗生素仍是糖尿病傷口抗菌治療的金標(biāo)準(zhǔn)。然而，長時間接觸抗生素很可能產(chǎn)生耐藥細(xì)菌。另一方面，無機(jī)金屬離子（Ag/Zn/Au/Cu/Mg）及其金屬氧化物納米顆粒具有廣譜抗菌能力，然而，高金屬含量引起的細(xì)胞毒性不容忽視。同時，用于臨床傷口覆蓋保護(hù)的紗布不能為傷口修復(fù)提供任何額外的幫助。相反，甚至有可能在更換時損壞新生成的皮膚。顯然，開發(fā)一種既具有廣譜抗菌性能又具有促進(jìn)組織再生能力的新型傷口敷料是優(yōu)化糖尿病傷口治療的當(dāng)務(wù)之急。


  近日，重慶大學(xué)蔡開勇教授/馮茜副教授課題組報道了一種基于硫脲基團(tuán)設(shè)計陽離子交聯(lián)水凝膠的通用方法。以硫脲修飾的透明質(zhì)酸與Ag+混合形成的水凝膠（HA-NCSN/Ag+水凝膠）為例，深入探索了這類水凝膠在促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面愈合的應(yīng)用潛力。相關(guān)工作以“Thiourea-cation chelation based hydrogel and its application as antibacterial dressing for the repair of diabetic wound”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。


  由于硫脲基團(tuán)的強(qiáng)陽離子螯合特性，HA-NCSN/Ag+水凝膠可以在低Ag+濃度下凝膠化并實現(xiàn)低濃度Ag+的長期緩慢釋放，以平衡抗菌和生物相容性。此外，這種動態(tài)硫脲-Ag+交聯(lián)還賦予了水凝膠“先凝膠化和包封，必要時注射以覆蓋傷口”的特性。然后，將芒果苷自組裝納米粒子（MF NPs）裝載到HA-NCSN/Ag+水凝膠中作為糖尿病創(chuàng)面敷料。體外和體內(nèi)結(jié)果均證明，這種水凝膠敷料通過其長期抗菌、自由基清除、將M1巨噬細(xì)胞重塑為M2和促進(jìn)血管生成而促進(jìn)糖尿病傷口愈合（圖1）。 


圖1. HA-NCSN/Ag+水凝膠用于糖尿病創(chuàng)面愈合的示意圖


  在室溫和中性pH值下，通過方便的混合，HA-NCSN可以與不同種類的陽離子（包括Ag+、Cu2+、Fe3+、Zn2+和Se6+）形成穩(wěn)定的水凝膠，且具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（圖2）。 


圖2. 通過硫脲-陽離子配位交聯(lián)的一系列透明質(zhì)酸水凝膠。


  通過一系列的表征證實，HA-NCSN/Ag+水凝膠具有優(yōu)異的機(jī)械性能，包括良好的溶脹率、可降解性、自愈合可注射性能（圖3）和優(yōu)異的粘附性能（圖4），因此水凝膠能夠在應(yīng)用于復(fù)雜的糖尿病傷口環(huán)境。 


圖3. HA-NCSN/Ag+水凝膠的溶脹、可降解、自修復(fù)和可注射性能。 


圖4. HA-NCSN/Ag+水凝膠的粘附性能。


  為了賦予水凝膠抗氧化能力，在HA-NCSN/Ag+水凝膠內(nèi)包封了MF NPs，制備了Gel@MF NPs。具備生物安全性、抗菌性能和清除自由基性能的傷口敷料在糖尿病傷口的臨床應(yīng)用中具有重要意義。該研究對 Gel@MF NPs進(jìn)行一系列表征（圖5）。Gel@MF NPs水凝膠具有低溶血率（<5%）和快速凝血的能力。Gel@MF NPs對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效率均超過99%。在第0天，Gel@MF NPs的ABTS+清除率100%，DPPH清除率超過83%；7天后，Gel@MF NPs的ABTS+清除率98%，DPPH清除率50%。 


圖5. Gel@MF NPs的血液相容性、抗菌和抗氧化性能。


  在糖尿病小鼠的傷口模型中，以進(jìn)一步驗證Gel@MF NPs的治療效果（圖6）。結(jié)果表明，Gel@MF NPs可加速傷口愈合，在第5天愈合率達(dá)50%，并在第14天完全愈合。組織學(xué)評估結(jié)果表明Gel@MF NPs具有增強(qiáng)肉芽組織形成能力，提高膠原沉積，促進(jìn)血管生成，促進(jìn)巨噬細(xì)胞由M1型向M2型轉(zhuǎn)化的能力。 


圖6. Gel@MF NPs促進(jìn)糖尿病小鼠體內(nèi)創(chuàng)面愈合。


  重慶大學(xué)孟維琳、程烜，華中科技大學(xué)協(xié)和醫(yī)院林澤為共同第一作者，重慶大學(xué)生物工程學(xué)院蔡開勇、馮茜，中國科學(xué)院重慶綠色與智能技術(shù)研究所于永生，華中科技大學(xué)協(xié)和醫(yī)院米博斌為共同通訊作者。這項工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、國家重點研發(fā)項目、重慶自然科學(xué)基金項目和中央高校基礎(chǔ)研究基金項目的支持。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202314202

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