粘接性水凝胶与光疗相关的多模态抗菌治疗结合已成为快速抗菌的常见策略。然而，细菌热休克蛋白和抗氧化防御系统的干扰削弱了光疗的杀菌效力。针对上述挑战，四川大学梁坤能/邓怡团队近期以“Trojan Horse Bioheterojunction Empowers Adhesive Hydrogel with Robust Antibacterial Activity and Sensing Capacity for Infected Cutaneous Regeneration”为题在Nano Letters上发表文章。
传统的粘接性水凝胶由于缺乏抗菌性能，限制了其在临床医疗中的应用。为了解决这一问题，各种抗菌剂被添加到水凝胶中，其中以抗生素最为常见。然而，抗生素的滥用导致了耐药细菌的发生和发展，且抗菌剂需要长时间释放才能发挥抗菌效果，这导致细菌感染时间延长、组织修复难度增加。因此，有必要开发非抗生素的杀菌策略赋予粘接性水凝胶敷料快速抗菌的能力。近年来，与光疗相关的多模态抗菌治疗已成为快速抗菌的常见策略。但是，热休克蛋白的过表达增加了细菌的热耐受性，削弱了光热疗法（PTT）的治疗效果。光动力疗法（PDT）的抗菌效果也受到细菌抗氧化防御系统的影响。这导致单独的光疗已经不足以完全根除细菌，需要与其他治疗方式整合来解决光疗的固有缺陷。
该研究设计了一种由液态金属和硫化铜构成的特洛伊木马生物异质结（Th-bioHJ），以赋予粘接性水凝胶多模态的抗菌性能，用于治疗感染伤口。特洛伊木马生物异质结的构成有效促进光激发的电荷的分离，增强了光热和光动力性能，同时Ga³⁺通过模拟Fe³⁺破坏细菌电子传递链，抑制细菌呼吸。此外，Cu²⁺和Ga³⁺的释放通过上调缺氧诱导因子（HIF-1α）和血管内皮生长因子（VEGF-A）促进血管生成，加速慢性伤口愈合。体内研究阐明了特洛伊木马生物异质结水凝胶在快速根除细菌、促进血管生成和促进感染组织再生方面的显著功效。同时，该水凝胶在生物界面粘附和传感方面也表现出卓越的性能，可用于实时运动监测。这项研究为粘接性水凝胶在感染伤口管理中的创新应用提供了突破性的见解。
Scheme 1.特洛伊木马生物异质结粘接性水凝胶(bioHJ-CP)治疗感染皮肤创面的示意图。
图1.Th-bioHJ的合成和理化特征。(a) Th-bioHJ合成的示意图。(b) Th-bioHJ的扫描电子显微镜（SEM）图像：紫色和蓝色分别表示水热反应后液态金属（LM）纳米块体和LM表面生长的CuS纳米颗粒。(c) Th-bioHJ的透射电子显微镜（TEM）和 (d)高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）图像：Th-bioHJ中LM（001）和CuS（102）的晶体晶格。(e) Th-bioHJ的能量色散光谱图：红色、绿色、蓝色、橙色分别对应元素镓（Ga）、铟（In）、铜（Cu）和硫（S）。(f) LM、CuS和Th-bioHJ的X射线衍射（XRD）图谱。(g) LM和Th-bioHJ的X射线光电子能谱（XPS）图谱。(h) Th-bioHJs中镓（Ga）和(i)铜（Cu）元素的XPS图谱。
图2.bioHJ-CP水凝胶的体外抗菌和抗生物膜能力。图像显示了(a)金黄色葡萄球菌(S. aureus)和(b)大肠杆菌(E. coli)在经过对照组（无额外处理）、C、LM-C、CuS-C和bioHJ-CP水凝胶处理前后以及在近红外(NIR)照射下的细菌菌落。SEM图像展示了与对照组、C、LM-C、CuS-C和bioHJ-CP水凝胶孵育前后以及NIR照射后(c)金黄色葡萄球菌和(d)大肠杆菌的形态，三角形标记表示细菌破裂。图像显示了(e)金黄色葡萄球菌和(f)大肠杆菌的活/死染色，活细菌呈绿色，死细菌呈红色。代表性的(g)金黄色葡萄球菌生物膜和(h)大肠杆菌生物膜在经过对照组、C、LM-C、CuS-C和bioHJ-CP水凝胶处理前后以及NIR照射后用结晶紫染色。(i)三维重建图像展示了经过处理的金黄色葡萄球菌生物膜，通过活/死染色可视化活细菌（绿色）和死细菌（红色）。
图4.C组、C+NIR组、bioHJ-CP组、bioHJ-CP+NIR组和万古霉素（Van）组感染伤口愈合体内实验评估。(a)不同处理方法的金黄色葡萄球菌感染性伤口的实验流程图。(b)从第0天至第6天在C组、C+NIR组、bioHJ-CP组、bioHJ-CP+NIR组和Van组中接受治疗的感染性皮肤伤口照片。(c)在C组和bioHJ-CP组中，经过10分钟近红外（NIR）照射后伤口区域的热成像图。(d)体内实时光学成像追踪了在C+NIR组、bioHJ-CP+NIR组和Van组中，用DiR碘化物标记的金黄色葡萄球菌的抗菌效果。(e)在第0天，C组、C+NIR组、bioHJ-CP组、bioHJ-CP+NIR组和Van组中感染性伤口组织中剩余活菌的数量。(f)在第6天，新生皮肤中炎症因子（IL-6（红色）和TNF-α（绿色））的免疫荧光染色图像。(g)在第6天，新生皮肤中与血管生成相关因子（CD31（绿色）和α-SMA（红色））的免疫荧光染色图像。(h) IL-6、(i) TNF-α、(j) CD31和(k) α-SMA在第6天新生皮肤中的荧光强度的定量数据分析。
图5.bioHJ-CP水凝胶传感器在人体运动检测中的应用。(a)用于实时监测人体运动的可穿戴bioHJ-CP水凝胶传感器的示意图。(b) bioHJ-CP水凝胶粘附在猪皮和猪软骨上的照片，在水下浸泡1小时后，无论如何扭曲，未观察到水凝胶脱落和撕裂。(c) bioHJ-CP水凝胶传感器在(Ⅰ)腕关节弯曲、(Ⅱ)肘关节弯曲、(Ⅲ)指关节弯曲和(Ⅳ)膝关节弯曲下的相对电阻变化。
综上，作者开发了一种基于特洛伊木马生物异质结的粘接性水凝胶，它具有快速、强大的抗菌作用和出色的传感能力，用于治疗感染伤口。在近红外（NIR）照射下，生物异质结增强了光热疗法的效率，催化了光动力疗法的启动；释放的Ga³⁺，通过特洛伊木马策略破坏了细菌的电子传递，迅速消除细菌。体内实验表明，该水凝胶在NIR激光照射下显著抑制了细菌定植和感染，刺激了血管生成，并促进了伤口愈合。此外，这种粘接性水凝胶可以作为可穿戴传感器，实现人体运动实时监测。
论文链接（DOI）：
申明：本微信号转发内容仅做学术交流使用，不作为商业用途，也不代表支持或赞同其观点，如涉及知识产权保护问题或其他方面的问题请及时联系小编，我们会尽快协调处理。本微信号原创文章版权归本微信号所有，欢迎分享到朋友圈等非媒体上。
联系小编可免费投稿推送，本公众号另建有纳米医学实名学术交流群，请备注姓名+单位+研究方向添加下方微信号。
往期推荐：香港理工大学《Adv. Funct. Mater.》:三元热敏水凝胶包封大内酰胺烯二肽消除表皮多重耐药双微生物定植
点击“阅读原文”，通往论文原文
「ENDING」
投稿微信｜nanomedicine1
投稿邮箱｜xianwenwang@126.com
关注纳米医学进展
了解纳米医学前沿
长按二维码私信投稿
