胶原基抗菌纳米复合敷料促进感染创面愈合

【资料图】

第一作者：廖伟栋，硕士研究生。

通讯作者：葛黎明，副研究员。

通讯单位：四川大学

研究速览：

近期，四川大学葛黎明博士等人在Advanced Healthcare Materials上共同发表了基于胶原蛋白的抗菌纳米复合敷料促进微生物感染创面愈合的研究工作。致病菌感染是最常见的伤口并发症，已成为世界范围内伤口治疗的主要临床和医疗挑战，导致愈合过程受损，截肢甚至死亡的风险。该研究开发了具有广谱抗菌活性的胶原基纳米复合敷料(APZC)，以促进感染的全层伤口愈合。该作者合成了短棒状氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)，用聚多巴胺(PDA)包覆得到PDA@ZnO NPs。将PDA@ZnO NPs偶联在胶原蛋白链的主干上，将得到的胶原-PDA@ZnO NPs偶合物用双醛海藻酸钠(DSA)交联制备APZC敷料。PDA@ZnO NPs具有良好的分散性，并被均匀地纳入胶原基质中。APZC敷料不仅具有良好的凝血性能和细胞相容性，而且具有相互连通的微孔结构和良好的理化性能。APZC敷料具有持久、优异的广谱抗菌活性，通过杀灭病原菌缓解炎症反应，诱导创面部位血管生成和胶原有序沉积，促进感染创面全层愈合，无明显疤痕形成。总之，功能化胶原基纳米复合敷料在临床治疗细菌相关伤口感染方面具有巨大潜力。

(A) 抗菌胶原基纳米复合敷料(APZC)的制备路线示意图。(B) APZC敷料通过控制病原菌感染促进全层创面愈合。

要点分析‬：

要点一：

胶原基抗菌敷料的结构特性。富含醛基的双醛藻酸钠(DSA)对胶原基材料具有良好的交联效果，并提高了其机械强度。PDA有丰富的官能团，可以与高分子材料形成氢键、静电相互作用和π-π相互作用，能够牢固地粘附在金属纳米材料表面，PDA包被的ZnO NPs可以通过PDA的官能团与胶原蛋白的氨基或羧基之间的反应，偶联在胶原大分子链上，从而赋予胶原基敷料固有的、持久的抗菌活性。

要点二：

胶原基抗菌敷料促进伤口愈合特性。DSA交联的胶原基敷料具有良好的生物相容性和促进全层创面愈合的特性，ZnO NPs具有优异的抗菌活性、良好的生物相容性和生物安全性，而且，锌离子在促进血管生成、成纤维细胞生成和迁移以及皮肤再生等方面起着重要的调节作用。APZC敷料具有良好的凝血性能，不会引起溶血，以及较低的细胞毒性。此外，胶原基抗菌敷料具有持久而强大的广谱抗菌活性，可以通过杀灭病原菌来缓解炎症反应，并诱导血管的生成和胶原蛋白在创面部位的有序沉积，从而促进创面愈合和皮肤再生。

图文导读

图1.　 ZnO NPs和PDA@ZnO NPs的表征。ZnO NPs的XRD谱图(A)、EDS谱图(B)、尺寸分布图(C)、TEM图(D)、高分辨率TEM图(E)、选择区电子衍射(SAED)谱图(F)、元素映射图(G)。(H) PDA@ZnO NPs制备过程示意图。多巴胺(DA)在碱性条件下自聚合，包覆在ZnO NPs上得到PDA@ZnO NPs。(I) PDA@ZnO NPs的TEM图。(J) DA、ZnO NPs和PDA@ZnO NPs的FT-IR光谱图。(K) ZnO NPs和PDA@ZnO NPs的XPS谱图。PDA@ZnO NPs的Zn 2p (L)和O 1s (M)的高分辨率XPS谱图。

图2.　CS和APZC敷料的形态特征。CS和APZC敷料的照片(A)和扫描电镜图像(B)。APZC-3修整的TEM图像(C)和元素映射图像(D)。

图3.　CS和APZC敷料对大肠杆菌(A)和金黄色葡萄球菌(B)的抑菌活性。(C) APZC敷料锌离子释放动力学曲线。(D) 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌与CS和APZC敷料在37℃共培养24 h后的扫描电镜图像。

图4.　(A) CS和APZC敷料吸收的牛血清白蛋白(BSA)量。CS和APZC敷料的凝血指数(B)和溶血率(C)。L929细胞在敷料提取液中孵育24小时(D)和72小时(E)后的存活率。(F)用CCK-8法测定L929细胞在敷料提取液中的增殖。(G) L929细胞在敷料提取液中孵育24小时和72小时后的荧光显微镜照片。

图5.　无菌纱布(Control)、CS、APZC敷料处理后，感染金黄色葡萄球菌的全层创面在第0、6、12、18天的照片(A)、创面痕迹示意图(B)及相应的创面闭合率(C)。

结论

在该项工作中，通过在胶原基质中引入PDA@ZnO NPs并进行化学偶联，然后进行DSA交联，制备了胶原基纳米复合敷料(APZC)。将PDA包覆在短棒状ZnO NPs上，得到PDA@ZnO NPs，在胶原基质中表现出良好的分散能力。APZC敷料具有多孔互联、微观结构紧凑、孔隙率高、保水性好、力学性能强、细胞相容性好等特点。此外，APZC敷料具有良好的凝血性能，不会引起溶血，具有持久而强大的广谱抗菌活性。具有重要意义的是，APZC敷料促进血管新生和表皮形成，胶原蛋白有序沉积，从而加速金黄色葡萄球菌感染的全层创面愈合。综上所述，抗菌胶原基纳米复合敷料在促进细菌感染全层创面愈合方面具有广阔的应用前景。

全文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202203054

参考文献：Weidong Liao, Die Yang, Zhilang Xu, Lei Zhao, Changdao Mu, Defu Li, Liming Ge. Antibacterial Collagen-based Nanocomposite Dressings for Promoting Infected Wound Healing.Advanced Healthcare Materials2023, doi: 10.1002/adhm.202203054.

关键词： 睡服百万大菌 大肠杆菌 四川大学