武汉理工大学戴红莲教授课题组 AFM：诱捕细菌联合磁热协同杀菌的智能给药系统高效修复感染性骨缺损

2023-04-02 来源：高分子科技

由高能量损伤或开放性骨折引起的感染性骨缺损是一种灾难性并发症，反复发作、经久不愈，而传统的抗生素疗法易导致耐药菌的出现，且由于患处缺乏氧气和血液供应等原因，植入物或周围组织表面易形成细菌生物膜，使感染性骨缺损修复变得更加困难。因此，开发新型抗菌策略、改善感染病理微环境、设计兼具感染治疗和促进骨再生的多功能生物活性材料是当务之急。

近日，武汉理工大学戴红莲教授课题组构建了一种集“诱-捕-杀”多功能于一体的智能磁热骨水泥抗菌系统，能够快速捕获、诱杀细菌，破坏细菌细胞膜通透性与完整性，抑制细菌生物膜形成，同时改善感染性骨缺损的病理微环境并促进血管化骨再生。该体系由具有石榴型结构的明胶（GM）包覆空心介孔四氧化三铁纳米粒子（HMFNs）的复合微球与磷酸钙镁骨水泥（MCPC）复合而成，采用超临界CO₂法和真空灌注法将疏水性药物环丙沙星和亲水性药物万古霉素分别负载到HMFNs的内部空腔和表面介孔结构。利用GM表面的正电荷和氧化镁的吸附性能“诱捕”细菌，并通过磁热效应、活性氧损伤、碱性微环境、以及生物活性离子与药物的协同作用，提高细菌细胞膜的通透性，促进抗菌药物内渗及细菌内溶物泄露，实现细菌的快速杀灭，抑制细菌生物膜的形成并防止感染复发。此外，该系统具有灵敏的磁热效应、丰富的孔隙结构和可控的降解速率，可实现病灶部位活性离子和双药物的长效缓释，生物利用度高，有效促进骨髓间充质干细胞的成骨分化和矿化、以及内皮细胞的活性和功能。为感染性骨缺损的治疗提供了新策略，为多维度调节与改善感染病理微环境提供了新思路。

图1. 智能“诱-捕-杀”磁热抗菌系统的设计策略

图2.该系统具有优异的细菌诱捕能力和灵敏的磁热效应

图3. MCPC/GM/HMFNs/Drug促进SD大鼠感染性股骨缺损的再生和愈合

图4. MCPC/GM/HMFNs/Drug协同磁热效应有效杀灭细菌并促进骨再生

该工作以“Smart Trap-Capture-Kill Antibacterial System for Infected Microenvironment Improvement and Vascularized Bone Regeneration via Magnetic Thermotherapy”为题发表在《Advanced Functional Materials》。文章第一作者为武汉理工大学博士研究生赵雅楠和华中科技大学同济医学院博士后胡良聪，通讯作者为武汉理工大学戴红莲教授。此研究得到国家自然科学基金、深圳市基础研究重点项目等资助支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202214734

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（责任编辑：xu）

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