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发布时间:2024-04-29 13:52:04 作者:青岛海大海洋寡糖科技有限公司 来源:本站
文章题目:Nonreleasing AgNP Colloids Composite Hydrogel with Potent Hemostatic, Photodynamic Bactericidal and Wound Healing-Promoting Properties
发表期刊:ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子:10.383
通讯单位:西北工业大学、西安生物医学材料与工程研究所
创伤等严重伤口造成的出血很难通过人体自身的凝血机制停止出血,可能导致患者低血容量性休克甚至死亡,过度炎症还会推迟愈合过程。水凝胶敷料能够形成物理屏障,以保护伤口,并加速愈合过程,因而被广泛用作伤口敷料。本文选择了最常见的等离子体贵金属纳米粒子AgNPs,用油酸和正丁胺对AgNPs进行表面修饰,并将其嵌入到具有组织粘附性、快速止血、对阳光敏感的抗菌和抗炎能力的海藻酸钙(CA)水凝胶中,从而有效地促进创面的愈合。
图1. CA/Ag水凝胶制备方案及其组织粘连、止血、抗菌和抗炎作用示意图
胶体银纳米粒子通过在正丁胺和油酸组成的胶束中通过还原银离子而原位制备得到,并负载了不同浓度的AgNP胶体(图1)。扫描电镜图像、能谱分析等结果表明,成功地制备了一系列不同AgNP胶体含量的CA/Ag水凝胶(图2)。
图2. 水凝胶(a)扫描电子显微镜图;(b)碳(C)、钙(Ca)和银(Ag)的能谱元素图;(c)UV−Vis光谱;(d)X射线衍射谱;(e)溶胀率。
本文对典型的致病菌大肠杆菌(革兰氏阴性)、耐药菌MRSA(革兰氏阳性)和MRAB(革兰氏阴性)进行了检测。在黑暗中培养48h的CA/Ag2.5水凝胶组没有产生明显的抑制区,CA/Ag2.5水凝胶中只有少量的Ag+被浸出,24h后的淋洗浓度远低于Ag+的最低抑菌浓度。文章还评估了CA/Ag2.5水凝胶在可见光下的抑菌区域。结果表明,革兰氏阴性菌的抑制区相对大于对革兰氏阳性菌的抑制区。因此,虽然CA/Ag水凝胶不能在黑暗中灭活细菌,但它们对代表性细菌甚至多重耐药菌株具有光诱导抗菌活性(图3a)。在没有光照的情况下,大多数接种的细菌都能在CA/Ag2.5水凝胶表面存活(图3b)。光照2min后,3种细菌的原木减少率均显著提高到1.83以上。当照射时间增加到6min时,大部分被接种的细菌在短时间内被杀死。CA/Ag2.5水凝胶的抗菌效果随暴露时间的延长而显著增强。此外,随着AgNP胶体浓度的增加,光诱导抗菌性能显著提高,即使是AgNP胶体浓度最低的水凝胶也具有较高的抗菌活性。CA/Ag2.5水凝胶显示出最强的抗菌活性(图3c)。
图3. (a)CA水凝胶和CA/Ag2.5水凝胶在黑暗和光照下的抑制区试验中对大肠杆菌、MRSA和MRAB的图像;(b)不同照射时间下CA/Ag2.5水凝胶孵育细菌(大肠杆菌、MRSA和MRAB)的对数减少率。(c)细菌(大肠杆菌、MRSA和MRAB)与TCPS对照组、CA水凝胶和三种CA/Ag水凝胶在6min照射下的对数减少率。
文章进一步对CA/Ag水凝胶进行了ESR、XPS和SEM表征,结果表明,CA/Ag水凝胶能够在可见光下产生·O2−和·OH,从而使其具有优异的光动力抗菌活性(图4a)。在CA/Ag2.5水凝胶的光谱中检测到了Ag(3d)的信号,而在CA水凝胶的光谱中没有检测到。此外,在CA/Ag2.5水凝胶的窄XPS谱中出现了明显的Ag 3d5/2和Ag 3d3/2峰(图4b,c)。这些结果进一步证实了AgNPs被成功地负载到CA/Ag2.5水凝胶中。上述这些结果表明CA水凝胶和AgNP胶体之间存在多重静电相互作用,防止了Ag+从CA/Ag网络中的过度释放。
图4.(a)电子自旋共振波谱;(b)CA和CA/Ag2.5的XPS测量扫描; (c)Ag、(d)C、(e)O和(f)Ca元素的XPS窄扫描及其相应的拟合曲线。
良好的生物相容性是选择创面敷料材料的先决条件。文章采用AlamarBlue和Live/Dead实验评估CA/Ag2.5水凝胶样品与成纤维细胞(NIH3T3)和角质形成细胞(HaCaT)的体外细胞毒性。实验表明细胞在水凝胶的存在下继续增殖,CA/Ag2.5组细胞的荧光强度虽略低于其他两组,通过活死实验进一步证实了与CA/Ag2.5水凝胶接触的成纤维细胞和角质形成细胞的活性(图5a,b)。CA/Ag2.5组的细胞染成绿色,呈健康的纺锤形,伪足类似于CA和TCPS对照组,这一结果表明细胞与水凝胶共培养时具有良好的代谢活性(图5c,d)。因此,CA/Ag2.5水凝胶对哺乳动物细胞具有良好的体外生物相容性。
图5. (a)NIH3T3成纤维细胞和(b)HaCaT角质形成细胞的荧光强度; (c)NIH3T3成纤维细胞和(d)HaCaT角质形成细胞在TCP、CA水凝胶组和CA/Ag2.5水凝胶组培养第1天和第5天的活死荧光图像。
文章还通过实验证明了该水凝胶具有很强的生物粘附性,这是由于海藻酸盐中丰富的羟基和羧基,这些羟基和羧基有助于与皮肤组织产生氢键。另外,文章通过小鼠肝出血模型评估了CA/Ag2.5水凝胶的止血效果,结果表明,CA/Ag2.5水凝胶具有良好的止血性能,在预防伤口出血方面具有显著的潜力。用CA和CA/Ag2.5水凝胶处理感染104 CFU MRSA的二度烧伤创面,通过细菌计数和组织病理学分析评价创面的感染和炎症程度(图6a)。光照射下CA/Ag2.5水凝胶(L-CA/Ag2.5)处理的创面的细菌数显著低于其他三组,在接种后第3天,L-CA/Ag2.5水凝胶组创面细菌数量进一步减少。上述结果清楚地表明,CA/Ag2.5水凝胶在可见光照射下具有明显的体内抗感染活性(图6b)。通过H&E染色进一步观察感染伤口组织的组织病理学情况,结果表明,CA/Ag2.5水凝胶具有良好的体内抗感染作用,并能促进光照射下烧伤创面的愈合(图6c)。
图6.(a)实验示意图;(b)不同组在第1天和第3天感染创面的细菌负荷的定量分析;(c)烧伤创面皮肤组织的组织切片通过H&E染色;(d)第3天H&E染色观察肝脾情况。
在全层皮肤创伤模型中,进一步研究了CA/Ag2.5水凝胶对伤口愈合的影响(图7a)。记录创面在第3、6、10天的愈合过程和闭合率(图7b,c)。组织病理学结果与创面愈合观察结果一致,表明L-CA/Ag2.5水凝胶较其他三组均能促进创面愈合。
图7.(a)实验示意图;(b)不同处理组10天的伤口闭合率;(c)0、3、6和10天的伤口愈合过程的照片;(d)不同组处理的伤口组织进行组织病理学评估。
本篇文章选择了最常见的等离子体贵金属纳米粒子AgNPs,开发了一系列多功能CA/Ag水凝胶创面敷料。海藻酸盐通过缓慢淋溶的钙离子进行交联,AgNP胶体均匀分布在水凝胶中,并通过弱相互作用结合在网络中。所生产的CA/Ag水凝胶具有组织粘附性、止血、对阳光敏感的抗菌和抗炎性能,满足不同伤口愈合阶段的需要。这些结果表明,所提出的多功能CA/Ag水凝胶是一种很有前途的敷料材料,能够同时满足止血、抗菌和促进愈合的要求。
原文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c03247
作者:王维雯
审核:李全才,吕友晶
编辑:邵萌
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