四川大学梁坤能、邓怡团队 Nano Today：具有增强光子消毒功能的内源性产氧生物催化敷料用于顽固性细菌感染伤口的愈合

2022-09-02 来源：高分子科技

病原菌的感染会干扰伤口的正常愈合过程，如果伤口部位的病原微生物不能完全清除，则会转化为慢性伤口，给患者带来严重的身体及经济负担。为了避免抗生素滥用引起耐药菌的产生，光响应抗菌疗法逐渐受到人们的青睐。然而深部感染微环境（IME）中的缺氧会大幅降低光动力（PDT）治疗的效率，光热（PTT）疗法的过高温度也会烧伤正常组织，限制光响应抗菌的临床转化。因此，有必要开发一种能够通过改善IME缺氧微环境，提高光疗效果的抗菌敷料，加速感染伤口的愈合。

近日，四川大学华西口腔医院梁坤能团队联合化学工程学院邓怡团队开发了一种强化光疗抗菌的内源性产氧生物催化伤口敷料，它由电纺PCL膜、MXene/SnS₂（MX/SnS）生物异质结（bio-HJs）和乳酸氧化酶（LOx）组成(P-MX/SnS@LOx)。该伤口敷料能够响应IME的酸性环境产生过氧化氢（H₂O₂），MX/SnS生物异质结不仅可以通过类Fenton反应催化H₂O₂生成羟基自由基（·OH），也能够催化H₂O₂分解产生氧气（O₂），从而促进在近红外（NIR）光照下的光动力效果，实现快速消毒。此外，体内实验结果表明，该伤口敷料通过杀灭细菌、促进止血和胶原沉积，发挥促进皮肤伤口愈合的能力（图1）。

图1

作者通过水热以及一系列超声的方法成功制备出MX/SnS生物异质结，通过FE-SEM、高分辨TEM、XRD、拉曼光谱等证明了MX/SnS异质结的成功合成。与纯SnS₂相比，生长在MXene纳米片上的SnS₂纳米颗粒分布更均匀并且呈现出更精细的形态，这加强了MXene与SnS₂之间的电荷转移，有效提高了光电子的生成（图2）。

图2

IME中的缺氧微环境不仅会抑制细胞的生长，还会阻碍PDT产生活性氧（ROS）。因此，氧气对于治疗感染伤口区域至关重要。研究发现P-MX/SnS@LOx膜在含有乳酸的环境中能够通过酶催化乳酸分解产生H₂O₂，而生成的H₂O₂则可以在Sn⁴⁺的作用下加速分解生成氧气，从而提高P-MX/SnS@LOx膜在缺氧环境下的PDT效能。（图3）

图3

接着作者通过一系列抗菌试验与抗生物膜实验，验证P-MX/SnS@LOx膜有良好的抗菌作用与生物膜消除效果。这些结果表明，添加MX/SnS异质结可以在近红外光照射下提供PDT和PTT进行杀菌。此外，用LOx改性的P-MX/SnS@LOx敷料可以通过酶催化乳酸分解产生H₂O₂，并通过Sn²⁺和Sn⁴⁺的转化实现化学动力学抗菌（CDT），进一步增强了其非光照条件下的抗菌效果（图4）。

图4

为了验证P-MX/SnS@LOx膜促进伤口愈合的效果，作者设计了如下图所示的动物实验，在小鼠背部建立感染皮肤伤口，随后对其进行治疗，在后续时间段中观察其伤口恢复状况并记录其他相关信息。P-MX/SnS@LOx膜除了能够有效降低伤口处的病原菌外，还具备促进伤口止血的作用，进一步加速伤口的愈合。这种响应酸性IME并释放内源性O₂的生物催化敷料将有助于在未来临床实践中对感染伤口的治疗（图5）。

图5

相关工作以“Endogenous Oxygen-Evolving Bio-Catalytic Fabrics with Fortified Photonic Disinfection for Invasive Bacteria-Caused Refractory Cutaneous Regeneration”为题发表在国际顶级期刊《Nano Today》上。梁坤能副教授和邓怡副研究员为共同通讯作者，四川大学华西口腔医学院硕士生汪子又为文章第一作者

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013222002237?dgcid=author

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（责任编辑：xu）

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