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大連理工葉俊偉教授 AHM：具有 ROS清除和抗菌雙重功能的類“三明治”結構納米纖維敷料 - 可促進糖尿病感染傷口愈合

2024-09-13 來源：高分子科技

近年來，越來越多的證據(jù)證明，在糖尿病創(chuàng)面微環(huán)境中，活性氧(ROS)如羥基自由基(?OH)的過渡積累會破壞細胞組織，引發(fā)炎癥反應。另外，糖尿病患者免疫力低下、高血糖環(huán)境使傷口容易受到細菌侵襲。這些惡性特征不僅會嚴重降低患者生活質(zhì)量，甚至會讓患者面臨截肢的風險。因此，研發(fā)具有抗菌和活性氧清除雙重功能的醫(yī)用材料敷料是必要的。

近日，大連理工大學葉俊偉教授團隊采用靜電紡絲法制備了一種多功能類“三明治”結構納米纖維敷料（SNDs）。SNDs由聚乳酸（PLA）纖維構成的光熱層，PLA和聚乙烯吡羅烷酮（PVP）纖維構成的緩釋層以及PVP纖維構成的速釋層組成。其中，光熱層包裹了MgB₂納米片（MgB₂ NSs），而緩釋層和速釋層包裹了負載了鹽酸二甲雙胍的MgB₂ NSs（MgB₂-Met）。SNDs對大腸桿菌（E. coli）和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）具有優(yōu)異的抗菌活性，并且通過控制MgB₂的氫釋放來消除細胞內(nèi)的ROS。此外，SNDs具有良好的生物相容性，能有效促進細菌感染的糖尿病創(chuàng)面愈合，為糖尿病創(chuàng)面的治療提供了可行的解決思路。

圖1.SNDs制備過程示意圖以及相關形貌與親疏水性

通過逐層靜電紡絲制備了類“三明治”結構納米纖維敷料SNDs， SNDs外層呈現(xiàn)疏水性，不僅保證了良好的光熱穩(wěn)定性，而且能防止敷料的污染，減少外界對傷口的二次傷害。同時SNDs內(nèi)層具有親水性，能快速吸收水或組織液，為Met的釋放和MgB₂ NSs的水解提供有利條件。

圖2.SNDs的光熱、藥物釋放性能和各層結構示意圖

PLA光熱層為SNDs提供了良好的光熱穩(wěn)定性，而PVP速釋層和PLA-PVP緩釋層能快速持久地控制MgB₂水解和Met的釋放，不僅如此，SNDs能根據(jù)溶液pH以及溫度調(diào)節(jié)Met和H₂的釋放速率，實現(xiàn)智能響應。

圖3.SNDs的抗菌性能

利用MgB₂靶向細菌與光熱性質(zhì)以及Met靜電吸引能力，在808 nm激光照射條件下，SNDs對E. coli和MRSA的抗菌率高達99.9%。

圖4.SNDs的細胞相容性、溶血性和ROS清除性能

SNDs具有良好的細胞相容性，且無溶血情況發(fā)生。此外，利用MgB₂水解所釋放的H₂，SNDs能有效清除細胞內(nèi)外的?OH。

圖5.SNDs促進細菌感染糖尿病傷口愈合性能

圖6.小鼠皮膚組織的H&E、Masson和IL-6染色

通過細菌感染糖尿病傷口模型實驗可以觀察到18天后SNDs處理后的傷口幾乎愈合，而 PBS對照組愈合緩慢。H&E染色和Masson染色結果分別表明了使用SNDs后傷口處毛囊血管的快速生長和膠原纖維密度的增加。除此之外，使用SNDs后傷口處的IL-6水平明更低，證明了SNDs的抗炎作用。

該工作以“Sandwich‐Structured Nanofiber Dressings Containing MgB₂and Metformin Hydrochloride With ROS Scavenging and Antibacterial Properties for Wound Healing in Diabetic Infections”為題發(fā)表在Advanced Healthcare Materials期刊上。大連理工大學博士研究生方月光為該工作的第一作者，葉俊偉教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、中央高校基本科研業(yè)務費和遼寧省科技計劃項目的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202402452

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（責任編輯：xu）

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