西安交大陈鑫教授课题组 Small：具有生理响应性光热转换和纳米催化医学能力的智能水凝胶-可综合抑制细菌和炎症、治疗感染性伤口

2024-10-15 来源：高分子科技

近年来，为了实现有效的抗菌治疗，已经开发出多种基于各种纳米粒子的化学动力学疗法和光热疗法。但单独使用化学动力学疗法的有限治疗效率以及光热疗法对细菌和周围健康组织的无差别损伤仍是其在感染性伤口治疗临床应用中面临的挑战。此外，在化学动力学疗法和光热疗法介导的抗菌过程中，内源性巨噬细胞容易在局部 ROS 和高热作用下转化为促炎型巨噬细胞（M1表型），从而促进炎症反应，导致组织再生被抑制，伤口可能会进一步恶化。因此，如何实现高效抗菌的同时避免炎症的产生，是一个有待研究并期待解决的问题。

近期，西安交通大学化学工程与技术学院陈鑫教授课题组，针对上述挑战开发了一种席夫碱键交联的水凝胶，负载了功能性CeO₂-Au 纳米合金（AC_PNPs），用于促进感染伤口愈合（图1）。研究人员发现，将CeO₂与Au复合后，大大提高了CeO₂中Ce³⁺的比重，实现了类过氧化物酶活性的有效提高，同时也赋予了AC_P NPs实现光热治疗的能力。电荷翻转基团PD的修饰，也使得AC_P NPs具备了高选择性光热特性，为实现细菌特异性光热治疗提供了一种新方法（图2）。在感染组织的酸性环境下，带有pH 响应性电荷反转基团的AC_PNPs可以实现电荷的由负转正，并与带负电的细菌膜结合，形成AC_PNPs/细菌聚集体。这一过程不仅能使 AC_P NPs 与细菌紧密接触，通过 CeO₂的类Fenton催化反应将感染区域过量的H₂O₂转化为有毒的·OH实现零距离的化学动力学抗菌治疗，还能在原位产生光热剂（Au聚集体），在近红外（NIR）辐射下实现细菌特异性光热治疗，二者协同作用下实现对细菌的高效杀灭（图3）。此外，AC_P NPs 还能进入周围的 M1 巨噬细胞，并通过类过氧化氢酶和类超氧化物歧化酶催化特性清除这些细胞中性细胞质中的 ROS，从而进一步诱导 M1型巨噬细胞向M2型巨噬细胞转化（图4），从而显著抑制炎症反应，促进组织再生，实现对感染性伤口的有效治疗（图5）。综上所述，该研究利用AC_P NPs在不同生理环境下的聚集分散状态及功能的调节机制，构建了一种抗菌抗炎一体化的复合水凝胶，为感染伤口的修复提供了新思路。

图1 复合水凝胶AO@AC_P的制备示意图及其在感染伤口愈合中的应用

图2 体外响应性ROS产生，清除及光热性能测试

图3 体外抗菌性能表征

图4 体外ROS清除及巨噬细胞极化性能分析

图5 体内感染伤口修复性能评价

该项研究以“Intelligent Hydrogel with Physiologically Dependent Capacities of Photothermal Conversion and Nanocatalytic Medicine to Integratively Inhibit Bacteria and Inflammation for On-Demand Treatment of Infected Wound”为题发表在《Small》上。西安交通大学化学工程与技术学院陈鑫教授为文章的通讯作者。西安交通大学化学工程与技术学院博士研究生穆文云和刘杰为文章的共同第一作者。该研究得到了国家高层次人才特殊支持计划、陕西省科技创新团队、国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、西安交通大学“青年拔尖人才支持计划”等项目的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202405464

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（责任编辑：xu）

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