温州医科大学李圆凤副研究员/刘勇研究员/肖健研究员/胡晓丽团队:微环境自适应纳米诱饵协同促进细菌生物膜感染糖尿病慢性伤口愈合级联

文摘   2024-09-03 08:00   广东  

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Aggregate《聚集体》致力于发表聚集体科学领域的基础和应用研究,涵盖材料化学、物理、生物、应用工程等广泛领域的重要进展和创新性成果。

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Aggregate 鼓励打破学科藩篱,实现研究范式转移,在更高的结构层次上探索更复杂的系统和过程。


文章信息



通讯作者:李圆凤,刘勇,胡晓丽(温州医科大学第一附属医院),肖健(温州医科大学)

作者:陈磊,彭梦娜,何畏, 胡晓丽*,肖健*,史林启,刘勇*,李圆凤*


Keywords:

biofilm

chronic wound

inflammatory cytokines

reactive oxygen species

synergy therapy

原文链接:

https://doi.org/10.1002/agt2.640


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文章简介


慢性伤口 (如静脉溃疡、糖尿病溃疡和压疮) 对患者和医疗保健系统造成了巨大的经济负担。尽管组织工程和再生医学技术不断进步,但有效促进慢性伤口愈合仍然是一大挑战。这对于糖尿病患者尤其严重,因为慢性伤口是糖尿病相关截肢的主要原因。先前的研究表明,急性伤口通常表现出4至6之间的pH值,并伴有中性粒细胞的活性,以防止细菌定植。而慢性伤口往往更碱性,pH值在7至9之间,易受细菌感染和生物被膜的形成。近年来,生物被膜在慢性创面中的作用引起了广泛关注,并被认为是延迟伤口愈合的主要原因。生物被膜是一种微生物群落,通过自我生成的胞外聚合物物质 (EPS) 不可逆地粘附在材料或组织表面。由于EPS对环境波动和宿主免疫反应的保护作用,生物被膜内的细菌相比浮游状态下的细菌表现出更高的耐药性。在慢性伤口中,生物被膜的存在持续刺激伤口组织,导致过度炎症,从而阻碍伤口的愈合。此外,糖尿病患者的高血糖水平导致蛋白质过度糖基化,形成晚期糖基化终末产物 (AGEs)。这些AGEs直接刺激免疫细胞产生高水平的活性氧 (ROS),导致伤口部位的氧化应激增加。氧化应激的增加引发巨噬细胞在伤口部位积聚,并释放促炎性细胞因子,如肿瘤坏死因子-α (TNF-α)、白细胞介素-1 (IL-1β) 和白细胞介素-6 (IL-6)。这一连串的炎症反应维持了炎症的恶性循环。因此,根除细菌生物被膜以消除感染,并破坏这一炎症恶性循环,加速伤口愈合,是应对糖尿病慢性伤口愈合的两大关键挑战。

本文制备了一种微环境自适应的纳米诱饵 (GC@Pd),该材料通过没食子酸修饰的壳聚糖 (GC) 侧链上的氨基和邻苯二酚基团与二价钯离子的配位作用及抗坏血酸介导的原位还原过程生成。GC@Pd的GC壳层同时具有壳聚糖和没食子酸的功能,其内部的钯纳米晶体具有晶面依赖的类酶活性。Pd(100) 晶面表现出类氧化酶样活性 (OXD),而Pd(111) 晶面则表现出类过氧化氢酶样活性 (CAT)。在细菌生物被膜感染阶段,膜中的细菌会产生酸性物质 (如乳酸和醋酸),形成弱酸性微环境。在这种环境中,GC@Pd壳层中的氨基质子化,诱导细菌通过静电相互作用聚集。随后,通过GC@Pd纳米钯内核的OXD活性产生ROS,并结合其光热效应产生的热疗,实现协同抗菌作用,从而解离细菌生物被膜。慢性糖尿病创面在生物被膜消除后回到碱性微环境时,GC@Pd的类酶活性会自适应地转变为CAT活性,有效清除炎症部位过量的ROS。此外,GC@Pd壳层上邻苯二酚在被ROS氧化的产物可以通过迈克尔加成反应选择性捕获促炎性细胞因子 (TNF-α、IL-1β和IL-6),从而减轻炎症反应,打破炎症的恶性循环。因此,GC@Pd通过动态调节其类酶活性 (OXD或CAT) 和纳米诱饵功能 (对细菌或促炎性细胞因子的诱捕) 来适应糖尿病慢性伤口微环境的变化,在慢性糖尿病创面愈合的两个关键阶段 (生物被膜感染和过度炎症反应) 中发挥作用。通过这种多阶段的治疗方法,GC@Pd协同促进了慢性糖尿病创面的级联愈合过程。

图1. (a) GC@Pd的合成制备;(b) GC@Pd促进细菌生物被膜感染的糖尿病慢性创面愈合的潜在机制示意图

以上研究论文以“Microenvironment-adaptive nanodecoy synergizes bacterial eradication, inflammation alleviation, and immunomodulation in promoting biofilm-associated diabetic chronic wound healing cascade”为题发表于 Aggregate 期刊,论文第一作者为温州医科大学药学院的陈磊博士、国科温州研究院助理研究员彭梦娜及温州医科大学何畏通讯作者胡晓丽 (温州医科大学第一附属医院),肖健 (温州医科大学),刘勇 (温州医科大学第一附属医院),李圆凤 (温州医科大学第一附属医院)。

Aggregate 2024, e640. https://doi.org/10.1002/agt2.640)


作者信息


陈磊,博士,于2024年7月份入职温州医科大学药学院,近五年以第一作者的身份已在 Adv. Mater (2篇)、Angew. Chem. Int. Ed.Adv. Sci.ACS NanoAggreateACS Appl. Mater. Interfaces 等国际顶尖期刊发表SCI论文10余篇,参与撰写英文专著一章 (Springer: Switzerland AG, 2020, doi.org/10.1007/978-981-15-2686-2_56),已获得授权中国专利3项。主持中国博士后基金1项、参与国家自然科学基金重点项目。

李圆凤,副研究员,2021年于荷兰格罗宁根大学获博士学位,现就职于温州医科大学。研究方向为智能响应性药物载体的制备及应用,关注细菌感染相关疾病的预防和治疗。主持包括国家级项目在内的多个科研项目,近五年以第一/通讯作者发表SCI收录论文20余篇,成果发表于Adv. Mater. (4)、Adv. Funct. Mater. (4)、ACS Nano(2)、Adv. Sci.Nano TodayBioact. Mater. (2)、J. Control. Release(3)等国际知名期刊,总引用次数超过1000次,高被引论文3篇。申请中国专利8项,授权6项。担任Elsevier旗下杂志Results in Chemistry (IF: 2.5)副主编,Colloids and Surface B: Biointerfaces (IF: 5.4)编委。

刘勇,南开大学药物化学生物学全国重点实验室研究员,博导。研究领域为具有生物活性的分子材料设计、合成及自组装,研究其在克服细菌/癌症耐药性方面的应用。近年来,以第一作者或通讯作者在 Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., Adv. Mater. (4), Adv. Funct. Mater. (5), ACS Nano (3), Adv. Sci. 等杂志上发表论文80余篇,其中影响因子大于15的文章22篇。申请发明专利30余项,其中10项获得授权。获浙江省杰出青年基金资助、中国化学会高分子青年学者奖、浙江省科技进步二等奖、江苏省“双创博士”、温州市“瓯越海智计划”人才以及国家优秀自费留学生奖学金等称号和奖励。担任 Colloids and Surface B: Biointerfaces 杂志副主编。

史林启,南开大学化学学院教授,博导,国家杰出青年科学基金获得者,作为负责人入选教育部"长江学者创新团队"支持计划,天津市"131"工程第一层次人才计划,南开大学功能高分子材料及应用团队负责人,任功能高分子材料教育部重点实验室主任,药物化学生物学全国重点实验室副主任,中国生物材料协会理事,中国化学会高分子学科委员会委员,离子交换与吸附副主编,高分子学报和化学通报编委。以第一作者或通讯作者身份在 Chem. Soc. Rev.、Nat. Nanotechnol.、Acc. Chem. Res.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater. 等杂志上发表SCI论文170余篇,累计他引6000余次,H因子48,参与编写专著3部。主持国家自然科学基金杰出青年项目、重点项目、重大项目、重大研究计划集成项目、重点国际(地区)合作项目共7项,面上项目多项,参与973子课题1项。

肖健,温州医科大学研究生院院长,研究员,博士生导师。获国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、浙江省杰出青年科学基金项目,浙江省万人计划科技创新领军人才等。主要从事生长因子与组织修复的基础理论和临床应用研究。研究方向:1. 创面愈合与组织修复;2. 神经创伤修复和再生;3. 材料制剂包载生长因子对创面修复、神经损伤修复的作用和分子机理。以通讯作者在 STTT、Autophagy、Biomaterials 等发表 SCI 论文 100余篇 (其中 IF>10 的41篇),共获授权发明专利 40项;共主持国家自然科学基金6项、省杰青1项、省重点1项。荣获2015年国家科技进步一等奖, 2018年国家科技进步二等奖, 2016年教育部自然科学奖一等奖, 2020年中华医学科技奖二等奖。

胡晓丽,博士,温州医科大学附属第一医院,医学博士,主治医师, 硕士生导师。浙江省医学会妇产科学分会青年副主任委员,浙江省医师协会妇瘤专委会秘书,温州市医学会妇产科学分会青年副主任委员,浙江省解剖学会妇科肿瘤专业委员会委员,温州市医学会妇产科学分会委员会秘书,温州市“医坛新秀”、入选温医大“优青”培养人才计划,研究方向为妇科肿瘤相关机制研究,主持国家级、省部级等课题共计6项,以第一作者/通讯作者发表SCI论文共17篇,其中1区 TOP期刊共8篇。 

1. 南开大学朱春雷研究员团队:细菌生物膜高分辨光动力图案化及其在信息加密和抗生素筛选中的应用

2. 吉林大学张皓 & 刘轶 & 赵斌团队:致龋生物膜微环境激活的赖氨酸聚集体双纳米酶用于龋齿治疗

3. 香港中文大学(深圳)唐本忠院士&汕头大学李典博士、吴仁华教授团队:用于细胞因子灵敏定量的无酶光热扩增荧光免疫吸附测定法

4. 华南理工大学杨中民教授团队&美国俄克拉荷马大学毛传斌教授:负载聚集碳点的巨噬细胞通过消除多种耐药细菌和减轻炎症以治疗败血症


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