研究背景
致病菌感染已成为严重威胁全球公共卫生的医学问题。一旦皮肤有了严重的缺陷,细菌的入侵和随之而来的连锁反应将是临床棘手的难题,需要很长时间才能痊愈。虽然各种策略已经被用于根除细菌,但同时消*和调节感染相关宿主反应的治疗方法很少报道。在此,受宿主微环境的启发,我们构建了一种光增强双功能纳米药物(Hemin
Phmg-TAMSN),用于局部细菌消融和宿主微环境调节。近红外触发的局部微热治疗和带正电荷的表面使纳米药物具有良好的细菌捕获和杀灭活性。同时,通过hemin和单宁酸的协同作用,纳米药物通过光增强电子和氢转移表现出了广谱活性氧(ROS)清除活性。此外,体内实验表明,双功能纳米药物不仅具有强大的细菌清除能力,还能触发氧化应激和炎症微环境调节。该研究不仅为感染创面的处理提供了一种简便有效的方法,而且为设计新型高效抗感染治疗方案提供了新的思路,将重点从细菌治疗转向宿主微环境调节。相关成果以“PhotoenhancedDual-FunctionalNanomedicineforPromotingWoundHealing:ShiftingFocusfromBacteriaEradicationtoHostMicroenvironmentModulation”发表于ACSAppliedMaterialsInterfaces(IF=9.)。我室赵长生教授、谢毅副研究员为本文通讯作者,硕士研究生魏志伟为本文第一作者。结果分析
光增强双功能纳米药物的制备与表征
首先,作者将普遍存在的天然多酚(TA)附着在单分散二氧化硅核表面,并与金属离子(Fe3+)配合形成稳定的MPN涂层,为纳米药物提供光热响应能力、抗氧化活性和后功能化能力。随后,通过Michael加成反应和/或Schiff碱反应将所制备的Phmg和hemin直接接枝到MPN涂层上。因此通过三步反应,将光增强的抗菌、抗氧化和抗炎功能整合到双功能纳米药物中。
光增强双功能纳米药物的光热性能和
生物相容性
由于金属多酚网络涂层的存在,纳米药物展示出了良好的光热转换能力,可以用于光热治疗。细胞实验和血液实验也证实了纳米药物具有良好的生物相容性。
光增强双功能纳米药物的自由基清除
性能表征
随后,光增强纳米药物对于HO、O2和H2O2等多种活性氧展示出了良好的光增强清除性能。
光增强双功能纳米药物的细胞内活性
氧清除表征
体外细胞实验证实,纳米药物具有光增强的抗氧化特性,可用于保护细胞在活性氧和细菌感染的复杂情况下免受氧化损伤。
光增强双功能纳米药物的细菌灭杀性
能表征
接下来体外细菌实验证实,纳米药物具有光增强的抗菌活性,可以通过化学和光热疗法,在极低的剂量下有效杀死和捕获细菌,破坏细菌膜的完整性。
光增强双功能纳米药物的伤口愈合实
验
体内实验结果表明纳米药物对伤口愈合具有良好的治疗作用,其抗氧化、抗菌、抗炎活性可以有效促进伤口愈合。
光增强双功能纳米药物的体内抗氧化
性能表征
体内实验结果表明纳米药物可以有效清除活性氧,恢复细胞抗氧化酶水平、减少氧化损伤,促进伤口愈合。
光增强双功能纳米药物的抗炎活性
体内免疫荧光实验结果表明纳米药物可以有效抑制炎症因子表达,促进血管生成和胶原沉积,缓解伤口炎症反应,促进伤口愈合。
研究意义
综上所述,受宿主微环境的启发,我们成功制备了光增强双功能纳米药物,作为局部细菌消融剂和宿主微环境调节剂,促进皮肤组织再生。纳米药物可以通过带正电荷的Phmg和NIR触发的局部微热治疗有效捕获和消灭细菌。同时,通过hemin和TA的协同作用,双功能纳米药物对HO、O2和H2O2也表现出了广谱的ROS清除活性。重要的是,对于体内伤口愈合治疗,提出的双功能纳米药物和开创性的光增强治疗策略不仅表现出强大的细菌辐射能力,而且通过减轻氧化应激和炎症反应表现出优秀的宿主微环境调节能力。该方法克服了传统抗感染治疗只