近年來,抗生素耐藥性的迅速獲得、耐藥細菌感染的不斷惡化和感染傷口的緩慢愈合導致在開發同時具備消滅致病菌和加快傷口愈合的新型抗菌材料存在著巨大困難。如果傳統抗生素不再發揮作用,耐藥細菌將對人類健康構成嚴重威脅。據粗略估計,到2050年,每年可能有1000萬人死于抗生素耐藥性,超過每年死于癌癥的820萬人。目前全球每年至少有70萬人死于耐藥感染,超過破傷風、霍亂和麻疹的總人數。如果抗生素耐藥性趨勢得不到有效控制,到2050年,世界經濟的累計損失可能達到100萬億美元。因此,迫切需要開發一種安全有效、抗菌能力強、無細菌耐藥性產生的新型抗菌材料。目前光動力療法是開發高效、安全抗菌材料最具前景的新療法之一,利用光敏劑產生有毒活性氧(ROS)消除病原體。如果被細菌感染的傷口不能迅速愈合,將破壞成纖維細胞的分化,最終直接損害身體其他正常組織和免疫系統。金屬離子(銅離子、鎂離子、鋅離子、鈣離子等)是許多酶、蛋白質和轉錄因子不可缺少的催化劑,它們在傷口愈合過程中扮演著重要作用。雖然研究者們對開發新型抗菌材料做了巨大努力,然而關于同時減輕傷口感染癥狀和加速傷口愈合的有效治療方法報道卻很少。因此,探索一種新的治療模式是解決當前挑戰的關鍵。
四川大學國家生物醫學材料工程技術研究中心主任王云兵教授課題組報導了一種新型光響應多功能納米粒子,該多功能納米粒子利用化學和光動力協同抗菌,表現出良好的抗菌性能,并且可以在光照情況下響應釋放Mg2+促進內皮細胞和成纖維細胞在創面區域增殖和遷移,加速傷口愈合。
圖1 (A) HTCC-Ce6與Mg/EGCG復合物的合成路線圖。(B) 納米粒子形成及體內外抗菌和促進傷口愈合機理圖。
圖2 (A) 多功能納米粒子SOSG熒光強度定量圖。(B)多功能納米粒子在光照情況下的粒徑分布圖。(C) 多功能納米粒子在光照和不光照條件下Mg2+的釋放量。
圖3 多功能納米粒子對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌在光照和不光照條件下的抑菌率(A), 平板計數(B), SEM(C), 細菌的活死染色(D)以及細胞活性氧的產生成像圖(E)和定量圖(F)。
圖4 (A) 小鼠在0、2、4、7和14天的細菌感染傷口愈合照片。(B) 小鼠在0、2、 4、7和14天的傷口愈合率。(C) 7天和14天的傷口部位H&E染色圖。(D)7天和14天的傷口部位Masson染色圖。(E) 7天和14天的傷口部位CD68染色(紅色)。(F) 7天和14天的傷口部位CD31染色(綠色)圖。
該團隊報導的新型多功能納米粒子在光照情況下對革蘭陽性菌和格蘭陰性菌均具有較強的殺死作用,同時還可以極大的促進傷口愈合,在此基礎上,闡述了多功能納米粒子抗菌和促進傷口愈合的機制。這項工作不僅為感染性傷口的治療提供了一種有效的抗菌治療方式,也深入細致的研究了多功能納米粒子的作用機制,為開發有良好前景的抗菌納米材料用于對抗耐藥性細菌提供了新的思路,并且具有優越的臨床應用前景。
以上相關成果發表在Biomacromolecules上。論文的第一作者為四川大學國家生物醫學材料工程技術研究中心博士生胡成,通訊作者為羅日方副研究員和國家生物醫學材料工程技術研究中心主任王云兵教授。該研究得到國家自然科學基金的支持。
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