西北工业大学李鹏教授、王腾蛟副教授:光调控一氧化氮递送水凝胶加速生物被膜感染慢性伤口愈合

文摘   2024-10-16 10:04   日本  

图1. 光调控NO释放水凝胶(DEPN)用于加速生物被膜感染慢性伤口愈合示意图。(A)DEPN水凝胶的制备过程;(B)DEPN水凝胶加速生物被膜感染慢性伤口愈合过程。

      针对慢性伤口愈合功能失调且易受生物被膜感染导致难以愈合等难题,西北工业大学李鹏教授、王腾蛟副教授等制备了光热调控释放一氧化氮(NO)的水凝胶敷料,利用近红外光(NIR)调控NO的按需释放,实现了消散生物被膜、根除广谱耐药菌及加速慢性伤口愈合的级联效应。首先,将热敏NO供体负载到葡萄糖胺改性的聚多巴胺纳米粒子(PDG)上,并将其包封在席夫碱交联的氧化多糖(Dex)和抗菌肽ε-多聚赖氨酸(EPL)水凝胶基质中制备了光热调控释放NO的DEPN水凝胶。具体来说,DEPN水凝胶能够自发并缓慢地释放NO以消散生物被膜,NIR激光照射后,DEPN水凝胶会快速释放大量的NO,通过NO,光热疗法以及抗菌肽的联合作用,彻底地根除耐药菌生物被膜感染。关掉NIR激光照之后,DEPN水凝胶能继续缓慢地释放NO,促进成纤维细胞的增殖和内皮细胞的迁移。在MRSA生物被膜感染的糖尿病小鼠皮肤伤口模型中,所制备的DEPN水凝胶根除了99.9%生物被膜,并表现出调节炎症、促进血管生成、促进胶原沉积的能力,显著加快了慢性创面的愈合过程。这种DEPN水凝胶在治疗被生物膜感染的慢性伤口方面具有临床应用潜力。

图2. 活体水平上DEPN水凝胶治疗MRSA生物膜感染糖尿病创面。(A)DEPN水凝胶治疗MRSA生物膜感染糖尿病创面的示意图;(B)不同治疗组伤口的代表性图像(比例尺:5 mm);(C)不同治疗组的伤口愈合痕迹。(D)创面面积的统计学分析(n = 4);(E)不同治疗后伤口组织处MRSA菌落的对数减少(n=3)(∗p<0.05,∗∗p<0.01,∗∗∗p<0.001,∗∗∗∗p<0.0001)。

作者简介:

      李鹏,教授,博士生导师,西北工业大学柔性电子研究院副院长,西安市生物医学材料研究中心主任。李鹏教授课题组针对各类微生物感染和病菌耐药性日益增强的威胁,专注于抗菌生物材料与柔性器件这一研究领域。在Nat. Mater.、Adv. Mater.、Sci. Adv.等期刊发表论文100余篇,总他引6000余次;出版英文专著4章节,授权/申请专利20余项;主持国家级项目5项、省部级项目10余项。担任陕西省柔性电子学会副秘书长,全国疝和腹壁外科协会第13分会副主任委员,中国生物材料学会高级会员及生物医用高分子、表界面工程、康复器械与生物材料分会委员,J. Mater. Sci. Technol.客座编辑,FlexMat、Smart Mater. Med.编委,Sci. China Mater.青年编委。

      王腾蛟,西北工业大学柔性电子研究院副教授,博士生导师,西安市生物医学材料工程技术研究中心副主任。本科毕业自北京化工大学高分子材料科学与工程专业,硕士毕业自韩国延世大学、博士毕业自日本大阪大学,于2018年在美国阿肯色大学完成博士后研究后入职西北工业大学。研究内容面向人民生命健康,设计NO、CO以及H2S等气体信使递送及调控功能生物医用材料,开发用于慢性疾病“监、诊、疗”柔性电子器件,用于解决人民关心的重大疾病防控、人口老龄化等民生问题。目前已累计发表包括Prog. Polym. Sci.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、J. Control. Release、Bioact. Mater.等在内的高水平论文40余篇,已累计主持包括国家自然科学基金面上项目、陕西省重点研发计划等项目10余项。

论文信息:

Huifang Ma, Tengjiao Wang*, Gangfeng Li, Jiaheng Liang, Jianhong Zhang, Yang Liu, Wenbin Zhong, Peng Li*. A photo-modulated nitric oxide delivering hydrogel for the accelerated healing of biofilm infected chronic wounds. Acta Biomaterialia, 2024.
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.09.017

      该研究受到中国国家自然科学基金项目(52473148、52473265、62288102)、陕西省重点研发计划项目(2024SF-YBXM-438)、重庆自然科学基金项目(CSTB2023NSCQ-MSX0225)、陕西省杰出青年科学基金项目(2023-JC-JQ-32)资助。

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