四川大学孙勇/樊渝江《Mater. Horiz.》：金属-多酚自组装涂覆的益生菌水凝胶实现抗生素协同治疗的伤口愈合
最新研究发现，生物活性的益生菌能够持续性分泌多种功能物质以调控并改善伤口周围微环境，直到伤口愈合。然而，在治疗过程中抗生素药物的普遍使用往往会对益生菌带来显著的杀伤力，大大降低其治疗效果。不仅如此，由于本身的抗原性质，益生菌直接与伤口接触也会导致一系列炎症反应。因此，如何在保持益生菌活性的情况下有效避免上述干扰则是解决问题的关键。
近期，四川大学生物医学工程学院/国家生物医学材料工程技术研究中心张兴栋院士团队孙勇研究员/樊渝江教授受单宁酸和铁离子螯合作用的启发，在益生菌表面开发了一种金属-多酚自组装纳米涂层，并结合前期纤维水凝胶的工作基础（Compos Part B-Eng 2023, 250, 110451），将修饰后的益生菌装载入由羧化壳聚糖纤维和氧化透明质酸形成的可注射纤维水凝胶中（图1）。这种金属-多酚涂层能够有效屏蔽多种常见抗生素对菌体的干扰，同时又能维持菌体的正常生理活动和菌体增殖，以支持其持续稳定地分泌功能活性有机物（例如乳酸）。纤维水凝胶网络也为益生菌提供了一个支持保护的空间，避免其直接与伤口接触引起炎症。在小鼠全皮层伤口模型中，这种金属-多酚自组装益生菌水凝胶（Gel/L@FeTA）与正常益生菌水凝胶（Gel/L）相比，在伴随庆大霉素治疗的条件下，能够显著促进免疫调节、血管生成以及组织再生一系列有益过程，进而加速伤口愈合。这种自组装涂层+水凝胶双层保护体系为提升基于益生菌的生物材料在组织修复中的治疗提供了一个简单可行的策略。该工作以“Metal-phenolic self-assembly shielded probiotics in hydrogel reinforced wound healing with antibiotic treatment”为题发表在《Materials Horizons》。文章第一作者是四川大学博士生周宸和硕士生邹亚萍，研究工作得到十四五重点研发专项和国家自然科学基金的支持。
图1. 金属-多酚自组装益生菌水凝胶的制备
图2.金属-多酚自组装益生菌水凝胶在联合抗生素治疗时能够有效保持菌体的活性与功能
图3.金属-多酚自组装益生菌水凝胶有效进行免疫调控并促进成纤维细胞以及血管内皮细胞的增殖与迁移
图4.金属-多酚自组装益生菌水凝胶在联合抗生素治疗时表现出良好的促伤口愈合能力
该工作是团队在纤维交织凝胶支架引导组织再生中的新进展之一。基于组织形成初期可溶性纤维和凝结态基质构筑干细胞发育微环境这一特点，团队发展了系列生物点击/生物自交联纤维交织凝胶支架，应用于皮肤、软骨和骨组织再生。过去一年中，团队通过计算机优化设计，开发自组装超分子短肽凝胶仿生胶原原纤维，促进了软骨细胞的增殖并维持其透明软骨表型（Bioact. Mater. 2022, 8:396）；通过功能化透明质酸作为大分子交联剂，高效整合胶原纤维与羟基磷灰石，发展了可粘附柔性骨修复支架，大幅提升颅骨临界缺损的原位修复效率（Nat. Commun., 2022, 13:2499; Adv. Funct. Mater., 2023, 33: 2212738-封面论文）；利用3D打印技术，引入结构化粗纤维作为长期力学承载，通过与纤维交织凝胶的高效整合，发展强韧的多重孔隙仿生骨修复体（Adv. Sci., 2023, 10: 2300038; Small, 2023, 19: 2206960; ACS Appl. Mater. Inter., 2022, 14: 20591/2022, 14: 32914）。这一策略也被用于长效缓释载药纳米胶束，借助于纤维交织凝胶基质降解后释放的靶向型纳米粒子，缓解了皮肤恶性病变的术后复发，并促进其病变区域毛发恢复（J. Control. Release, 2023, 356: 219）；也被用于瘤旁共递送纳米羟基磷灰石和PD-L1抑制剂，增强皮肤恶性病变的免疫疗效（ACS Nano, 2022, 16: 18921）。
原文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d3mh00033h
