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西安交大陳鑫教授課題組 Small：具有生理響應性光熱轉換和納米催化醫(yī)學能力的智能水凝膠-可綜合抑制細菌和炎癥、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動力學療法和光熱療法。但單獨使用化學動力學療法的有限治療效率以及光熱療法對細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用中面臨的挑戰(zhàn)。此外，在化學動力學療法和光熱療法介導的抗菌過程中，內源性巨噬細胞容易在局部 ROS 和高熱作用下轉化為促炎型巨噬細胞（M1表型），從而促進炎癥反應，導致組織再生被抑制，傷口可能會進一步惡化。因此，如何實現(xiàn)高效抗菌的同時避免炎癥的產生，是一個有待研究并期待解決的問題。

近期，西安交通大學化學工程與技術學院陳鑫教授課題組，針對上述挑戰(zhàn)開發(fā)了一種席夫堿鍵交聯(lián)的水凝膠，負載了功能性CeO₂-Au 納米合金（AC_PNPs），用于促進感染傷口愈合（圖1）。研究人員發(fā)現(xiàn)，將CeO₂與Au復合后，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AC_P NPs實現(xiàn)光熱治療的能力。電荷翻轉基團PD的修飾，也使得AC_P NPs具備了高選擇性光熱特性，為實現(xiàn)細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 響應性電荷反轉基團的AC_PNPs可以實現(xiàn)電荷的由負轉正，并與帶負電的細菌膜結合，形成AC_PNPs/細菌聚集體。這一過程不僅能使 AC_P NPs 與細菌緊密接觸，通過 CeO₂的類Fenton催化反應將感染區(qū)域過量的H₂O₂轉化為有毒的·OH實現(xiàn)零距離的化學動力學抗菌治療，還能在原位產生光熱劑（Au聚集體），在近紅外（NIR）輻射下實現(xiàn)細菌特異性光熱治療，二者協(xié)同作用下實現(xiàn)對細菌的高效殺滅（圖3）。此外，AC_P NPs 還能進入周圍的 M1 巨噬細胞，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胞中性細胞質中的 ROS，從而進一步誘導 M1型巨噬細胞向M2型巨噬細胞轉化（圖4），從而顯著抑制炎癥反應，促進組織再生，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AC_P NPs在不同生理環(huán)境下的聚集分散狀態(tài)及功能的調節(jié)機制，構建了一種抗菌抗炎一體化的復合水凝膠，為感染傷口的修復提供了新思路。

圖1 復合水凝膠AO@AC_P的制備示意圖及其在感染傷口愈合中的應用

圖2 體外響應性ROS產生，清除及光熱性能測試

圖3 體外抗菌性能表征

圖4 體外ROS清除及巨噬細胞極化性能分析

圖5 體內感染傷口修復性能評價

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。西安交通大學化學工程與技術學院陳鑫教授為文章的通訊作者。西安交通大學化學工程與技術學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、國家自然科學基金、陜西省自然科學基金、西安交通大學“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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（責任編輯：xu）

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