細(xì)菌感染是全球公共衛(wèi)生的重大威脅,每年導(dǎo)致約一百萬例死亡。目前,抗生素治療仍然是細(xì)菌感染管理的核心手段。然而,長期使用抗生素會(huì)加劇細(xì)菌耐藥性的形成,甚至催生多重耐藥(MDR)菌株。因此,開發(fā)替代性抗菌策略已成為迫切需求。
早期發(fā)現(xiàn)和及時(shí)治療對細(xì)菌感染的控制至關(guān)重要,可有效降低病情惡化的風(fēng)險(xiǎn)和死亡率。然而,當(dāng)前許多細(xì)菌感染的診斷仍然面臨挑戰(zhàn),往往需要等到嚴(yán)重炎癥反應(yīng)出現(xiàn)后才能確診,這可能導(dǎo)致難以治療的并發(fā)癥。傳統(tǒng)的體內(nèi)診斷方法,如白細(xì)胞計(jì)數(shù)、紅細(xì)胞沉降率測定和C-反應(yīng)蛋白檢測,存在靈敏度和特異性不足的問題,且難以提供感染部位的實(shí)時(shí)信息。因此,亟需開發(fā)一種能夠精準(zhǔn)定位感染部位并實(shí)時(shí)評估感染嚴(yán)重程度的集成化診療平臺(tái),以實(shí)現(xiàn)高效的局部抗菌治療。
針對上述問題,中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院李穩(wěn)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種 pH 響應(yīng)型光動(dòng)力探針 TI,并將其與具有 ROS 反應(yīng)的一氧化碳(CO)供體組裝在一起,然后封裝在基于 HA 的微針貼片中,最終形成了治療微針平臺(tái)。微針結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了分子探針和一氧化碳供體對傷口感染部位生物膜的機(jī)械滲透。當(dāng)遇到傷口的酸性微環(huán)境時(shí),TI 會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)分子結(jié)構(gòu)變化,從而產(chǎn)生顯著的近紅外熒光輸出,用于檢測感染并評估其嚴(yán)重程度。與此同時(shí),納米探針還能釋放其產(chǎn)生 ROS 的潛能,這不僅能通過氧化損傷直接消滅細(xì)菌,還能觸發(fā) CO 的釋放,用于輔助氣體治療??傊稍\斷和治療微針平臺(tái)為解決傷口感染和減輕抗生素耐藥性帶來的挑戰(zhàn)提供了一種前景廣闊的方法,為感染護(hù)理管理領(lǐng)域帶來了重大希望。該文章于2024年12月12日以《Bacterial Microenvironment-Responsive Microneedle Patches for Real-Time Monitoring and Synergistic Eradication of Infection》為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》(DOI: 10.1002/adfm.202414834)。
圖1 研究示意圖
(1)pH觸發(fā)的結(jié)構(gòu)可變分子TI的合成及其光物理特性研究
圖2(a)合成路徑示意圖展示了目標(biāo)分子(TI)的合成步驟及關(guān)鍵中間體的形成。圖2(b)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化機(jī)制為 TI 在不同 pH 條件下的結(jié)構(gòu)變化示意圖:堿性條件下 TI 呈閉環(huán)結(jié)構(gòu),酸性條件下環(huán)打開形成具有強(qiáng)電子受體特性的 D-A 結(jié)構(gòu)。圖2(c)為不同 pH 條件下 TI 的 NMR 譜圖,酸性環(huán)境下出現(xiàn)新峰,表明分子結(jié)構(gòu)變化。圖2(d)吸收光譜展示了不同 pH 值下 TI 的 UV-Vis 吸收光譜,pH 下降時(shí) 550 nm 處吸收峰增強(qiáng),表明結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。圖2(e)通過 550 nm 處吸光度變化曲線計(jì)算出 TI 的 pKa 值約為 6.39,適用于檢測弱酸性感染環(huán)境。圖2(f)熒光光譜顯示 TI 的熒光強(qiáng)度隨 pH 下降而增強(qiáng),表現(xiàn)出顯著的 “off-to-on” NIR 熒光響應(yīng)。圖2(g)熒光成像顯示不同 pH 條件下 TI 的熒光圖像,酸性環(huán)境下熒光信號顯著增強(qiáng)。圖2(h)TI 在 pH 8 和 pH 3 之間循環(huán) 5 次后,吸收信號無明顯衰減,證明其可逆性和穩(wěn)定性。圖2(i)光照下,TIOH 的吸收幾乎不變,而 ICG 快速衰減,表明 TIOH 具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性。圖2(j)選擇性測試顯示 TI 在多種生物相關(guān)物質(zhì)存在下對 pH 具有高選擇性,受干擾小。整體來看,TI 具有優(yōu)異的 pH 依賴性熒光響應(yīng)、良好的穩(wěn)定性和高選擇性,是理想的感染診療探針。
圖2. pH觸發(fā)的結(jié)構(gòu)可變分子TI的合成及其光物理特性研究。(a)TI的合成路線;(b)TI的pH響應(yīng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變;(c)TI在酸性和堿性條件下的1H NMR;(d)TI在不同pH值下的吸收率和溶液顏色;(e)根據(jù)滴定擬合曲線得到的pKa;(f)TI在不同pH值下的熒光光譜;(h)TI分子在pH 3(紅圈)和pH 8(藍(lán)圈)之間切換五個(gè)周期時(shí)的可逆吸光度;(i)ICG和TIOH在白光(0.1 W cm?2)照射8分鐘后的紫外吸收(I???)變化;(j)TI在不同生物干擾物存在下的熒光變化
(2)TI在不同pH條件下的光動(dòng)力學(xué)效應(yīng)研究
圖3a展示了在酸性條件下,TI分子在光照下產(chǎn)生活性氧(ROS)的能力。隨著光照時(shí)間增加,DPBF的吸光度在412 nm處顯著下降,表明ROS生成。圖3b顯示不同pH條件下,TI和DPBF混合物在光照下的吸光度變化,只有在酸性條件(pH 5)下,TI才能有效產(chǎn)生ROS。圖3c展示了在酸性條件下,TI分子在光照下產(chǎn)生單線態(tài)氧(1O?)的能力,ABDA的吸光度在光照下迅速下降,表明1O?生成。圖3d顯示在酸性條件下,TI分子在光照下產(chǎn)生羥基自由基(?OH)的能力,TMB的吸光度在光照下顯著增加,確認(rèn)了?OH生成。圖3e通過電子自旋共振(ESR)光譜確認(rèn)了TI分子在光照下產(chǎn)生1O?和?O??的能力,使用TEMP和DMPO作為自旋捕獲劑,分別檢測到了1O?和?O??的特征信號。圖3f展示了TI和酸激活的TIOH的能級結(jié)構(gòu),理論計(jì)算表明,酸激活的TIOH具有更小的能帶隙(2.61 eV),有助于更高效的系間竄躍(ISC)過程,從而增強(qiáng)ROS的生成能力。這些圖表共同說明了TI分子在酸性條件下具有顯著的ROS生成能力,包括1O?和?OH,并且這種能力可以通過光照觸發(fā)。此外,酸激活的TIOH由于其更小的能帶隙,表現(xiàn)出更高效的ISC過程,從而增強(qiáng)了ROS的生成。這些特性使TI成為一個(gè)有潛力的光動(dòng)力治療(PDT)候選物,用于精確和高效地治療感染。
圖3. TI在不同pH條件下的光動(dòng)力學(xué)效應(yīng)研究。(a)在酸性pH值(pH = 5)下,白光照射(0.1 W cm?2)下有TI存在時(shí),DPBF的吸光度變化;(e)通過電子自旋共振(ESR)光譜證實(shí)TI的I型和II型光動(dòng)力治療(PDT)效應(yīng);(f)計(jì)算出的TI(原始形式)和TIOH(酸性形式)的分子幾何形狀、最高占據(jù)分子軌道(HOMO)、最低未占據(jù)分子軌道(LUMO)以及能級
(3)TI納米顆粒的光物理特性和生物相容性研究
圖4a展示了TI納米顆粒(NPs)的粒徑分布和透射電子顯微鏡(TEM)圖像。動(dòng)態(tài)光散射(DLS)數(shù)據(jù)顯示平均粒徑為126 nm,多分散指數(shù)(PDI)為0.15,TEM圖像確認(rèn)了顆粒的均勻球形結(jié)構(gòu),平均直徑約為110 nm。圖4b顯示了不同pH值下TI納米顆粒的紫外-可見吸收光譜。隨著pH值的降低,TI納米顆粒在342 nm處的吸收強(qiáng)度逐漸減弱,同時(shí)在550 nm處出現(xiàn)了新的吸收峰,表明其具有pH響應(yīng)的光物理特性。圖4c展示了在酸性條件下,TI納米顆粒在光照下產(chǎn)生活性氧(ROS)的能力。隨著光照時(shí)間的增加,DPBF的吸光度逐漸降低,表明TI納米顆粒能夠有效產(chǎn)生ROS。圖4d顯示了在酸性條件下,TI納米顆粒在光照下釋放一氧化碳(CO)的能力。隨著光照時(shí)間的延長,CO探針的熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng),表明TI納米顆粒能夠控制釋放CO。圖4e展示了TI納米顆粒對L929小鼠成纖維細(xì)胞的細(xì)胞活力影響。結(jié)果表明,在不同濃度下,TI納米顆粒對細(xì)胞的毒性很低,即使在光照條件下,細(xì)胞存活率也保持在86%以上。圖4f通過細(xì)胞骨架染色實(shí)驗(yàn),展示了TI納米顆粒對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果顯示,處理后的細(xì)胞結(jié)構(gòu)沒有顯著變化,表明TI納米顆粒對細(xì)胞結(jié)構(gòu)影響較小。圖4g通過活/死細(xì)胞共染色實(shí)驗(yàn),展示了TI納米顆粒對細(xì)胞存活率的影響。結(jié)果顯示,處理后的細(xì)胞主要顯示綠色熒光(活細(xì)胞),紅色熒光(死細(xì)胞)很少,表明TI納米顆粒對細(xì)胞的毒性很低。這些圖表共同說明了TI納米顆粒具有良好的生物相容性、pH響應(yīng)的光物理特性以及在酸性條件下產(chǎn)生ROS和釋放CO的能力,使其成為一種有潛力的抗菌納米劑。
圖4. TI納米顆粒的光物理特性和生物相容性研究。(a)TI NPs的DLS和TEM分析;(b)不同pH值下TI NPs的吸光度;(c)在酸性pH值下,DPBF暴露于TICO NPs +白光(0.1 W cm?2)下的吸光度變化;(d)CO探針在其特征峰值515 nm處的熒光強(qiáng)度,表明不同體系中CO的釋放水平;(f)細(xì)胞骨架染色;(g)L929細(xì)胞在不同處理下的活/死染色,比例尺為200 μm
(4)TICO納米顆粒對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌能力評估
圖5a和5b展示了在黑暗和光照條件下,不同處理(PBS、CO NPs、TI NPs、TiCO NPs)對金黃色葡萄球菌(S. aureus)和大腸桿菌(E. coli)在瓊脂平板上生長的影響??梢杂^察到,只有TiCO NPs在光照條件下顯著抑制了細(xì)菌的生長。圖5c顯示了不同處理?xiàng)l件下,S. aureus和E. coli的菌落形成單位(CFU/mL)的對數(shù)值。結(jié)果表明,TiCO NPs在光照條件下對兩種細(xì)菌都有很強(qiáng)的殺菌效果,殺菌效率分別達(dá)到約98.3%和99.9%。圖5d和5e通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了不同處理?xiàng)l件下細(xì)菌的形態(tài)變化??梢钥吹?,經(jīng)過TiCO NPs處理并在光照條件下的細(xì)菌細(xì)胞壁受到嚴(yán)重?fù)p傷,出現(xiàn)了廣泛的破裂和塌陷,而單獨(dú)使用TiCO NPs或光照處理的細(xì)菌結(jié)構(gòu)相對完整。圖5f和5g通過活/死細(xì)胞共染色實(shí)驗(yàn),展示了不同處理?xiàng)l件下細(xì)菌的存活情況。使用Syto9(綠色熒光)標(biāo)記活細(xì)胞,使用PI(紅色熒光)標(biāo)記死細(xì)胞。結(jié)果表明,TiCO NPs在光照條件下處理的細(xì)菌主要顯示紅色熒光,表明其具有很高的殺菌效果。綜合這些結(jié)果,可以看出TiCO納米顆粒在光照條件下對S. aureus和E. coli都表現(xiàn)出顯著的殺菌效果。這種效果主要?dú)w因于光動(dòng)力療法(PDT)和一氧化碳(CO)的協(xié)同作用,它們共同破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜,最終導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞膜的收縮甚至破裂。這些發(fā)現(xiàn)為TiCO納米顆粒作為一種有效的抗菌劑提供了有力的證據(jù)。
圖5. TICO納米顆粒對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌能力評估。(a)不同處理后平板上金黃色葡萄球菌的代表性照片;(b)不同處理后平板上大腸桿菌的代表性照片;(d)不同處理后金黃色葡萄球菌的代表性掃描電鏡圖像(刻度線為2微米);(e)不同處理后大腸桿菌的代表性掃描電鏡圖像(刻度線為2微米);(f)不同組別金黃色葡萄球菌的活(綠色熒光)/死(紅色熒光)染色圖像,比例尺為100微米;(g)不同組別大腸桿菌的活(綠色熒光)/死(紅色熒光)染色圖像,比例尺為100微米。光照組的樣品在白光(0.1 W cm?2)下照射10分鐘
(5)TICO@MN貼片的制備及其機(jī)械性能和生物相容性研究
圖6a展示了微針(MN)貼片的制備過程。首先,將TiCO納米顆粒與高分子量透明質(zhì)酸(HMHA)混合形成預(yù)水凝膠溶液,然后倒入聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具中,經(jīng)過真空脫氣和干燥。接著,在微針表面涂覆低分子量透明質(zhì)酸(LMHA),離心形成獨(dú)立層,最后干燥后從模具中剝離。圖6b和6c通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了微針的形態(tài)??梢钥吹剑苽涞腡iCO@MN呈現(xiàn)出有序排列的10×10尖頂金字塔形微針,每個(gè)微針的高度為1000 μm,底部寬度為500 μm,中心間距為550 μm。圖6d展示了微針的分離過程。通過在微針中加載羅丹明B(RhB)染料,并將微針貼片浸入PBS溶液中,觀察微針與背襯層的分離情況。圖6e通過光學(xué)顯微鏡實(shí)時(shí)觀察微針在接觸水溶液后的分離狀態(tài)。結(jié)果表明,微針在接觸水溶液后迅速從背襯層分離,2分鐘內(nèi)完成分離。圖6f展示了TiCO@MN的機(jī)械強(qiáng)度測試結(jié)果。通過壓縮測試,TiCO@MN表現(xiàn)出與透明質(zhì)酸微針(HA MN)相似的機(jī)械強(qiáng)度,每個(gè)微針的壓縮力約為2.3 N,足以穿透角質(zhì)層屏障。圖6g展示了TiCO@MN在新鮮豬皮上的穿透能力。通過施加拇指壓力,微針貼片可以輕松插入皮膚,留下清晰整齊的針孔,表明其優(yōu)異的皮膚穿透能力。圖6h通過蘇木精和伊紅(H&E)染色進(jìn)一步確認(rèn)了微針穿透角質(zhì)層并進(jìn)入表皮層,穿透深度約為150 μm。圖6i展示了TiCO@MN的細(xì)胞相容性測試結(jié)果。通過CCK8法測定細(xì)胞活力,結(jié)果表明TiCO@MN具有較高的細(xì)胞相容性。綜上所述,TiCO@MN貼片通過結(jié)合機(jī)械穿透和控制釋放的優(yōu)勢,具有很好的潛力用于按需經(jīng)皮感染管理。
圖6. TICO@MN貼片的制備及其機(jī)械性能和生物相容性研究。(a)TICO@MN貼片的制備過程示意圖:將TICO NPs與高分子量透明質(zhì)酸(HMHA)溶液混合后倒入PDMS模具中,反復(fù)真空脫氣和干燥;(b)TICO@MN的光學(xué)圖像;(c)TICO@MN的掃描電鏡圖像;(d)加載了羅丹明B(RhB)的MN貼片的光學(xué)圖像;(e)光學(xué)圖像顯示MN主體在PBS中培養(yǎng)一段時(shí)間后與背襯層的分離情況;(f)HA MN和TICO@MN貼片機(jī)械壓縮強(qiáng)度的測量;(g)小鼠皮膚貼上含RhB的MN貼片后的代表性照片和熒光圖像;(h)經(jīng)TICO@MN處理后的小鼠皮膚蘇木精-伊紅(H&E)染色圖像;(i)采用CCK-8法評估TICO@MN在光照下對L929小鼠成纖維細(xì)胞的細(xì)胞毒性
(6)TICO@MN貼片的pH響應(yīng)傳感和抗菌性能研究
圖7a展示了在不同pH值條件下,TiCO納米顆粒在凝膠中的熒光強(qiáng)度。結(jié)果表明,在酸性環(huán)境中(pH 3-5),TiCO納米顆粒顯示出較強(qiáng)的近紅外(NIR)發(fā)射,而在堿性或中性環(huán)境中(pH 6-9),熒光強(qiáng)度較弱。這表明TiCO納米顆粒具有良好的pH響應(yīng)能力。圖7b展示了不同處理?xiàng)l件下,金黃色葡萄球菌(S. aureus)生物膜在結(jié)晶紫染色后的生物量??梢钥吹?,TiCO@MN在光照條件下處理的生物膜生物量顯著減少,表明其具有很好的抗生物膜效果。圖7c通過結(jié)晶紫染色定量分析了不同處理?xiàng)l件下生物膜的生物量。結(jié)果顯示,TiCO@MN在光照條件下處理的生物膜生物量減少了約60%,顯著高于其他處理組。圖7d通過共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)對生物膜中的活細(xì)菌進(jìn)行3D重建染色??梢钥吹?,TiCO@MN在光照條件下處理的生物膜中活細(xì)菌顯著減少,綠色熒光較弱。圖7e定量分析了不同處理?xiàng)l件下生物膜中活細(xì)菌的比例。結(jié)果顯示,TiCO@MN在光照條件下處理的生物膜中活細(xì)菌比例僅為約9.7%,顯著低于其他處理組。綜上所述,TiCO@MN貼片在光照條件下對金黃色葡萄球菌生物膜表現(xiàn)出優(yōu)異的破壞和殺菌效果,主要?dú)w因于光動(dòng)力療法(PDT)和一氧化碳(CO)氣體療法的協(xié)同作用。這些結(jié)果表明,TiCO@MN貼片在抗感染治療中具有良好的應(yīng)用前景,特別是在對抗生物膜感染方面。
圖7. TICO@MN貼片的pH響應(yīng)傳感和抗菌性能研究。(a)在IVIS(活體成像系統(tǒng))下觀察到的TICO@MN貼片應(yīng)用于不同pH值凝膠的近紅外熒光圖像;(b)不同處理下,通過水晶紫染色的生物膜的代表性照片;(d)不同處理后,用SYTO9染色的金黃色葡萄球菌(SA)生物膜的三維共聚焦圖像,比例尺為500 μm;(e)根據(jù)(d)中描述的染色圖像分析,對不同組SA生物膜內(nèi)細(xì)菌存活率進(jìn)行定量評估,數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)表示(n = 3個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)重復(fù))。光照組的樣品在白光(0.1 W cm?2)下照射10分鐘
(7)TICO@MN在體內(nèi)監(jiān)測感染部位pH變化的能力評估
圖8a展示了在小鼠感染模型中實(shí)時(shí)監(jiān)測pH變化的實(shí)驗(yàn)流程。首先,在BALB/c小鼠的背部皮膚上創(chuàng)建一個(gè)直徑為8毫米的圓形傷口,然后接種金黃色葡萄球菌(S. aureus)懸液以誘導(dǎo)感染。在細(xì)菌接種后的2、6、12和24小時(shí)時(shí)間點(diǎn),將TiCO@MN貼片植入感染傷口中,以評估其監(jiān)測感染微環(huán)境的能力。圖8b展示了在不同時(shí)間點(diǎn)(0、2、6、12、24小時(shí))感染后,TiCO@MN貼片在小鼠傷口部位的熒光成像??梢钥吹剑S著感染的進(jìn)展,TiCO@MN貼片發(fā)出的紅色熒光信號逐漸增強(qiáng),特別是在感染后12小時(shí)達(dá)到峰值。圖8c定量分析了不同時(shí)間點(diǎn)(0、2、6、12、24小時(shí))TiCO@MN貼片的熒光強(qiáng)度。結(jié)果表明,感染后12小時(shí)的熒光強(qiáng)度顯著高于其他時(shí)間點(diǎn),表明TiCO@MN貼片能夠有效地監(jiān)測感染的進(jìn)展。圖8d展示了在不同感染嚴(yán)重程度(1×10^6、1×10^7、1×10^8 CFU/mL)下,TiCO@MN貼片在小鼠傷口部位的熒光成像??梢钥吹剑跏技?xì)菌濃度越高,感染部位的近紅外(NIR)熒光信號越強(qiáng)。圖8e定量分析了不同感染嚴(yán)重程度下TiCO@MN貼片的熒光強(qiáng)度。結(jié)果表明,初始細(xì)菌濃度越高,熒光強(qiáng)度越大,表明TiCO@MN貼片能夠區(qū)分不同感染嚴(yán)重程度。綜上所述,TiCO@MN貼片在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出優(yōu)異的pH響應(yīng)特性,能夠有效地監(jiān)測感染微環(huán)境的pH變化,并區(qū)分不同感染嚴(yán)重程度。這些結(jié)果表明,TiCO@MN貼片在實(shí)時(shí)監(jiān)測感染進(jìn)展和評估感染嚴(yán)重程度方面具有顯著的潛力。
圖8. TICO@MN在體內(nèi)監(jiān)測感染部位pH變化的能力評估。(a)利用TICO@MN制作細(xì)菌傷口感染模型并進(jìn)行感染成像的過程示意圖;(b)TICO@MN處理的傷口在細(xì)菌接種后不同時(shí)間點(diǎn)的代表性IVIS(活體成像系統(tǒng))圖像;(d)TICO@MN處理過的不同嚴(yán)重程度傷口的代表性IVIS圖像,這些傷口是由不同細(xì)菌負(fù)荷的挑戰(zhàn)傷口誘發(fā)的;(e)基于(d)中的熒光圖像,對感染部位熒光強(qiáng)度的相應(yīng)量化分析
(8)TICO@MN在小鼠皮下感染模型中的抗菌和傷口愈合能力評估
圖9a展示了小鼠皮下感染模型的實(shí)驗(yàn)流程。首先在小鼠背部皮膚上創(chuàng)建傷口,然后接種金黃色葡萄球菌(S. aureus)以誘導(dǎo)感染。在感染12小時(shí)后,將感染的小鼠隨機(jī)分為六組,分別進(jìn)行不同的處理:1)PBS,2)僅光照,3)TiCO@MN,4)Ti@MN + 光照,5)TiCO NPs + 光照,或6)TiCO@MN + 光照。在涉及光照治療的情況下,小鼠的傷口在給藥后暴露于強(qiáng)度為0.1 W/cm2的白光下10分鐘。圖9b展示了不同處理組在治療期間傷口愈合的進(jìn)展情況??梢钥吹?,TiCO@MN + 光照組的傷口愈合速度最快,愈合效果最好。圖9c定量分析了不同處理組的傷口閉合率。結(jié)果表明,TiCO@MN + 光照組的傷口閉合率最高,達(dá)到約87%,顯著高于其他組。圖9d通過H&E染色對第七天的傷口組織進(jìn)行組織學(xué)檢查??梢钥吹?,TiCO@MN + 光照組的炎癥反應(yīng)顯著減少,傷口感染幾乎完全消退,伴有成纖維細(xì)胞和新形成的上皮結(jié)構(gòu)。圖9e展示了不同處理組的傷口細(xì)菌菌落計(jì)數(shù)??梢钥吹?,TiCO@MN + 光照組的細(xì)菌菌落數(shù)顯著減少,表明其具有優(yōu)異的殺菌效果。圖9f定量分析了不同處理組的傷口細(xì)菌菌落數(shù)。結(jié)果表明,TiCO@MN + 光照組的細(xì)菌數(shù)量減少了96.3%,顯著高于其他組。圖9g通過酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)分析了感染組織中IL-6和TNF-α的水平??梢钥吹?,TiCO@MN + 光照組的IL-6和TNF-α水平顯著低于其他組,表明其能夠有效抑制炎癥反應(yīng)。圖h定量分析了不同處理組的IL-6水平。結(jié)果表明,TiCO@MN + 光照組的IL-6水平最低,進(jìn)一步證實(shí)了其抗炎效果。
綜上所述,TiCO@MN貼片在小鼠皮下感染模型中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌和促進(jìn)傷口愈合的能力。TiCO@MN + 光照組不僅能夠有效清除感染,還能夠調(diào)節(jié)局部免疫環(huán)境,促進(jìn)組織再生。這些結(jié)果證實(shí)了TiCO@MN貼片在感染成像和抗菌治療中的潛力和良好的生物安全性。
圖9. TICO@MN在小鼠皮下感染模型中的抗菌和傷口愈合能力評估。(a)TICO@MN體內(nèi)抗菌和傷口愈合能力評估程序的示意圖;(b)不同時(shí)間點(diǎn)小鼠傷口的代表性照片,經(jīng)過不同處理后;(c)不同組別在不同時(shí)間點(diǎn)傷口愈合率的定量分析;(d)第7天不同組別傷口組織的代表性蘇木精-伊紅(H&E)染色圖像,黃色箭頭表示炎性細(xì)胞浸潤;(e)不同組別傷口組織細(xì)菌培養(yǎng)板的代表性照片;(f)與(e)中細(xì)菌培養(yǎng)板結(jié)果相對應(yīng)的不同組別CFU(菌落形成單位)計(jì)數(shù)定量分析;(g)不同處理后小鼠傷口內(nèi)TNF-α水平的ELISA分析;(h)不同處理后小鼠傷口內(nèi)IL-6水平的ELISA分析。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)表示(n = 3只小鼠)。光照組樣品在白光(0.1 W cm?2)下照射10分鐘
該研究開發(fā)了一種治療性微針(MN)平臺(tái),將感染微環(huán)境激活的實(shí)時(shí)成像和按需細(xì)菌消除功能相結(jié)合。設(shè)計(jì)并合成了一種名為TI的高性能光療診斷有機(jī)分子探針,具有弱酸性pH響應(yīng)的近紅外(NIR)熒光發(fā)射和活性氧(ROS)生成能力。將疏水性探針TI與ROS響應(yīng)的一氧化碳(CO)供體共組裝,形成高效的細(xì)菌納米殺手,并封裝在基于透明質(zhì)酸(HA)的微針中。 微針貼片增強(qiáng)了TiCO納米顆粒在皮下感染部位的機(jī)械穿透力,并在細(xì)菌分泌的透明質(zhì)酸酶作用下降解以釋放納米顆粒。遇到產(chǎn)酸細(xì)菌時(shí),TiCO納米顆粒發(fā)生動(dòng)態(tài)分子結(jié)構(gòu)變化,產(chǎn)生顯著的熒光開啟輸出,能夠?qū)崟r(shí)精確檢測感染并區(qū)分其嚴(yán)重程度。同時(shí),納米探針釋放ROS生成能力,通過氧化損傷直接消滅細(xì)菌,并促進(jìn)CO釋放,實(shí)現(xiàn)氣體治療。級聯(lián)激活的光動(dòng)力療法(PDT)/CO氣體治療在體外細(xì)胞和皮下傷口感染小鼠模型中均實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的細(xì)菌消除效果。此外,TiCO@MN加光照治療能夠減輕傷口炎癥反應(yīng)并加速傷口愈合。 這種智能微針系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)感染監(jiān)測和按需、定點(diǎn)治療為解決傷口感染問題提供了有前景的方法,同時(shí)減輕了抗生素耐藥性帶來的挑戰(zhàn)。本研究推進(jìn)了精確感染診斷和治療的方式,為智能家庭保健系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),為感染護(hù)理和管理提供了重要的希望。
![]() |
創(chuàng)賽生物 提供高品質(zhì)的醫(yī)療產(chǎn)品和服務(wù) |
聯(lián)系我們
廣州創(chuàng)賽生物醫(yī)用材料有限公司 手機(jī):180 2452 3356
|
掃碼關(guān)注
關(guān)注公眾號 掃碼加客服
|