重庆大学蔡开勇/冯茜团队 AFM：基于硫脲-阳离子螯合交联的抗菌型皮肤敷料

2024-02-05 来源：高分子科技

细菌感染和持续炎症是糖尿病伤口发展成慢性不愈合伤口的最重要因素。如今，抗生素仍是糖尿病伤口抗菌治疗的金标准。然而，长时间接触抗生素很可能产生耐药细菌。另一方面，无机金属离子（Ag/Zn/Au/Cu/Mg）及其金属氧化物纳米颗粒具有广谱抗菌能力，然而，高金属含量引起的细胞毒性不容忽视。同时，用于临床伤口覆盖保护的纱布不能为伤口修复提供任何额外的帮助。相反，甚至有可能在更换时损坏新生成的皮肤。显然，开发一种既具有广谱抗菌性能又具有促进组织再生能力的新型伤口敷料是优化糖尿病伤口治疗的当务之急。

近日，重庆大学蔡开勇教授/冯茜副教授课题组报道了一种基于硫脲基团设计阳离子交联水凝胶的通用方法。以硫脲修饰的透明质酸与Ag⁺混合形成的水凝胶（HA-NCSN/Ag⁺水凝胶）为例，深入探索了这类水凝胶在促进糖尿病创面愈合的应用潜力。相关工作以“Thiourea-cation chelation based hydrogel and its application as antibacterial dressing for the repair of diabetic wound”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

由于硫脲基团的强阳离子螯合特性，HA-NCSN/Ag⁺水凝胶可以在低Ag⁺浓度下凝胶化并实现低浓度Ag⁺的长期缓慢释放，以平衡抗菌和生物相容性。此外，这种动态硫脲-Ag⁺交联还赋予了水凝胶“先凝胶化和包封，必要时注射以覆盖伤口”的特性。然后，将芒果苷自组装纳米粒子（MF NPs）装载到HA-NCSN/Ag⁺水凝胶中作为糖尿病创面敷料。体外和体内结果均证明，这种水凝胶敷料通过其长期抗菌、自由基清除、将M1巨噬细胞重塑为M2和促进血管生成而促进糖尿病伤口愈合（图1）。

图1. HA-NCSN/Ag+水凝胶用于糖尿病创面愈合的示意图

在室温和中性pH值下，通过方便的混合，HA-NCSN可以与不同种类的阳离子（包括Ag⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺和Se⁶⁺）形成稳定的水凝胶，且具有三维网状结构（图2）。

图2. 通过硫脲-阳离子配位交联的一系列透明质酸水凝胶。

通过一系列的表征证实，HA-NCSN/Ag⁺水凝胶具有优异的机械性能，包括良好的溶胀率、可降解性、自愈合可注射性能（图3）和优异的粘附性能（图4），因此水凝胶能够在应用于复杂的糖尿病伤口环境。

图3. HA-NCSN/Ag⁺水凝胶的溶胀、可降解、自修复和可注射性能。

图4. HA-NCSN/Ag⁺水凝胶的粘附性能。

为了赋予水凝胶抗氧化能力，在HA-NCSN/Ag⁺水凝胶内包封了MF NPs，制备了Gel@MF NPs。具备生物安全性、抗菌性能和清除自由基性能的伤口敷料在糖尿病伤口的临床应用中具有重要意义。该研究对 Gel@MF NPs进行一系列表征（图5）。Gel@MF NPs水凝胶具有低溶血率（<5%）和快速凝血的能力。Gel@MF NPs对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效率均超过99%。在第0天，Gel@MF NPs的ABTS⁺清除率100%，DPPH清除率超过83%；7天后，Gel@MF NPs的ABTS⁺清除率98%，DPPH清除率50%。

图5. Gel@MF NPs的血液相容性、抗菌和抗氧化性能。

在糖尿病小鼠的伤口模型中，以进一步验证Gel@MF NPs的治疗效果（图6）。结果表明，Gel@MF NPs可加速伤口愈合，在第5天愈合率达50%，并在第14天完全愈合。组织学评估结果表明Gel@MF NPs具有增强肉芽组织形成能力，提高胶原沉积，促进血管生成，促进巨噬细胞由M1型向M2型转化的能力。

图6. Gel@MF NPs促进糖尿病小鼠体内创面愈合。

重庆大学孟维琳、程烜，华中科技大学协和医院林泽为共同第一作者，重庆大学生物工程学院蔡开勇、冯茜，中国科学院重庆绿色与智能技术研究所于永生，华中科技大学协和医院米博斌为共同通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发项目、重庆自然科学基金项目和中央高校基础研究基金项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202314202

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（责任编辑：xu）

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