山东大学李春霞教授团队:生物膜微环境激活的多模式治疗纳米平台用于有效抗菌治疗和伤口愈合

文摘   2024-06-19 15:13   新加坡  

图1.  DM/Cu2+-CuS合成示意图 (a) 及其抗菌、抗生物膜、抗炎和促进上皮再生的多模式协同机制示意图 (b)。

     细菌性伤口感染的高发病率和死亡率对全球健康构成重大威胁。抗生素作为高效的抗菌剂,仍然是治疗细菌感染的主要方法。然而,由于细菌耐药性、生物膜的问题不断升级,迫切需要开发新的非抗生素抗菌疗法。此外,感染伤口的愈合还存在伤口中过度的炎症反应,受损的血管再生等问题。山东大学化学与化工学院前沿化学研究院李春霞课题组开发了一种先进的DM/Cu2+-CuS (DMCC)多模式治疗纳米复合材料,用于治疗耐药细菌性伤口感染,该材料通过光热治疗、化学动力治疗、Cu2+离子和H2S的协同作用增强了治疗效果。DMCC具有良好的生物相容性,可在生物膜微环境中响应高浓度谷胱甘肽释放CuS、Cu2+H2SH2S有效地破坏生物膜结构。同时,CuS的类过氧化物酶活性结合GSH介导的Cu2+还原为Cu+,在酸性条件下产生丰富的羟基自由基,从而有效地根除细菌。H2S能够诱导M2巨噬细胞极化,与Cu2+协同调节免疫微环境。这为生物膜响应性纳米复合材料的设计提供了有价值的见解,并对开发其他多模式协同抗菌剂以实现细菌感染的有效伤口愈合具有重要意义。

(1)设计合成了原位掺杂铜离子的介孔二氧化硅并负载硫化铜的复合材料DM/Cu2+- CuS (DMCC)。该纳米复合材料具有响应生物膜微环境中谷胱甘肽释放的特点,避免了Cu2+与物理环境的过早接触,表现出良好的生物相容性。

(2)该复合材料响应性释放CuS、Cu2+并产生H2S,可以破坏细菌生物膜,实现PTT、CDT、抗菌离子和气体治疗的多模式协同高效抗菌。此外,H2S通过调节免疫微环境解决过度炎症问题,并与Cu2+协同促进血管上皮细胞迁移,加速伤口愈合。

图2. 免疫调节功能的体外评价。(a) 不同组处理后巨噬细胞产生H2S气体的荧光显微镜图像;(b) 不同处理培养0和18 h的HUVECs划痕实验;(c) 各组HUVEC增殖3 天的流式细胞术。(d) PBS(对照)、LPS、NaHS + LPS、DMCC + LPS处理后CD86 (M1标记物)、CD206 (M2标记物)表达流式图。(e) PBS、LPS、NaHS + LPS、DMCC + LPS不同处理后CD86和CD206表达的相对定量;(f) IL-4、IL-10表达水平;(g) IL-6、TNF-α表达水平。

作者简介:

      李春霞教授课题组坚持立足于国家社会重大需求及人民生命健康开展科学研究,长期围绕稀土等光功能纳米材料,以材料的控制合成—生物应用为主线,利用多学科交叉优势,致力于解决药物精准控释及肿瘤转移抑制等科学难题。近年来设计、合成了多种刺激-响应型的光功能纳米复合材料,利用稀土上转换发光材料作为能量转换器,建立了利用近红外光控制药物释放的新方法;提出了低温光热治疗的新策略,开发了多种可降解的新型细胞焦亡诱导剂,为肿瘤转移抑制及免疫协同治疗提供了新思路。李春霞教授已在Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed.等国内外权威期刊上发表论文200余篇,共被他引26,000余次(H-index 92)。主持国家自然科学基金原创探索计划项目和延续资助项目、优秀青年基金等项目;五次入选材料领域“全球高被引科学家”;2015-2023连续入选爱思唯尔中国高被引学者榜单。

论文信息:
L. Li, Yulin Xie, J. R. Wang, Q. Q. Sun, M. H. Gao* and C. X. Li*, Biofilm microenvironment-activated multimodal therapy nanoplatform for effective anti-bacterial treatment and wound healing. Acta Biomaterialia, 2024.
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.06.002.

      本研究得到国家自然科学基金项目 (52250007和 52272156);山东省泰山学者项目(ts20190911)支持。

Acta Biomaterialia
High impact biomaterials research advancing understanding of structure, properties, and function
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