原创Guo ZX 抗菌科技圈
第一作者：Xiaokun Shi
通讯作者：何辉
通讯单位：广西大学轻工与食品工程学院，广西清洁纸浆造纸与污染控制重点实验室
研究速览
近期，广西大学轻工与食品工程学院、广西清洁纸浆造纸与污染控制重点实验室的何辉博士研究组在Carbohydrate Polymers上发表了有关具有双光响应的纳米纤维素基抗菌水凝胶用于耐药细菌感染伤口愈合的研究工作。耐药细菌感染创面仍是临床治疗中最棘手的问题之一，如何高效的抗菌活性和促进伤口愈合是人们重点关注的问题。具有快速止血和抗菌活性的原位水凝胶在伤口愈合领域受到了广泛关注。该论文以白光响应纤维素纳米原纤维（CNF）和内源性抗菌CNF为骨架、普鲁士蓝纳米粒子、Pluronic® F127和羟丙基甲基纤维素定制了一种基于白光和近红外双重光响应的原位水凝胶伤口敷料。 分别作为 NIR、温度响应开关和粘合剂。 该敷料在大鼠肝损伤模型中表现出快速止血特性，失血量低（286.4 mg），止血时间短（63 s）。同时，白色和NIR照射敷料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的抗菌活性均高于99.9%。有趣的是，具有生物相容性的敷料可以促进 MRSA 感染伤口的愈合，并且可以按需去除而不会对皮肤造成二次伤害。
要点分析
要点一：巧妙地药物结合设计，作者设计了一种具有内源性抗菌、光动力疗法(PDT)和光热疗法(PTT)外源性抗菌功能的新型白光和近红外双光响应纤维素纳米原纤维(CNF)原位水凝胶伤口敷料(CNF-DLRIHWD)，用于伤口止血、抗感染和愈合。CNF-DLRIHWD 是通过使用白光响应性 CNF-原卟啉 IX (CNF-PpIX) 和内源性抗菌 CNF-聚氨基丙基双胍 (CNF-PAPB) 作为骨架以及普鲁士蓝纳米颗粒 (PBNPs)、Pluronic®F127 (F127) 定制的，和羟丙基甲基纤维素 (HPMC) 分别作为近红外(NIR)响应开关、温度敏感开关和粘合剂。
要点二：材料的形状适应性，该论文制作的CNF-DLRIHWD具有很好形状适应性可以制成多种形式并相互转换。冷冻干燥的 CNF-DLRIHWD 可以在止血过程中快速吸收血液，形成原位凝胶并起到物理屏障的作用。该敷料具有快速止血、生物组织粘性和抗菌功能，可达到创面止血抗感染，进一步促进MRSA感染创面愈合。
图文导读
图 1. 白光和近红外双光响应CNF原位水凝胶伤口敷料（CNF-DLRIHWD）的制备路线及其在急救止血和伤口愈合中的应用。
图 2. (a) CNF-PAPB 和 (b) CNF-PpIX 的 13C NMR 光谱。 (c) CNF、CNF-PAPB 和 CNF-PpIX 的 XPS 全光谱扫描。 (d) CNF-PAPB 和 (e) CNF-PpIX 的 N 1 s XPS 光谱。 (f) PBNPs 的 XRD 谱。 (g) CNF、(h) CNF PpIX、(i) CNF-PAPB 和 (j) PBNP 的 TEM 图像。
图 3. (a) PpIX (0.01 mg mL-1)、CNF-PpIX 和 CNF-DLRIHWD 在不同稀释比例下的荧光发射光谱（原始 CNF PpIX 的固含量为 0.7%）（插图：相应的荧光图像）. (b, c) CNF-DLRIHWD、(c) PpIX 和 (c) CNF-PpIX 的 ROS 生成能力。 (d) 光热曲线和(e) CNF、CNF-PAPB、CNF-PpIX 和 CNF-DLRIHWD 在 NIR 激光 (0.5 W cm-2) 下的图像。(f) CNF-DLRIHWD 的开/关循环光热曲线。 (g) CNF-DLRIHWD 在 25°C、36°C、45°C 和 47°C 下的图像。(h) CNF DLRIHWD 的图像在 32°C 下粘附在猪皮上。 (i) 在 36°C 和 47°C 下用水清洗 CNF-DLRIHWD 后的猪皮伤口图像。 (j) CNF-DLRIHWD 的 G′/G″、(k) 粘度和 (l) 白光和 NIR 响应图。
图 4. (a) 细胞形态 (比例尺: 100 µm)、(b) 存活率和 (c) 用不同浓度的 CNF-DLRIHWD 处理 24 小时 (n = 3) 的 L929 细胞的活/死染色。 (d, e) GS、CNF-PA@PX 和 CNF-DLRIHWD (n = 3) 的血液相容性。***p < 0.001。
图 5. (a) CNF-DLRIHWD的抗菌示意图。 (b, c) CNF-DLRIHWD 对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和 MRSA 的抗菌活性。 (d) 结晶紫染色照片，(e) 活/死染色，和 (f) 不同处理后生物膜的 SEM 图像。
图 6. (a，b)体外凝血时间和(c，d)各种样品的相应BCI (n = 3)。 (e) 失血量、(f) 止血时间、(g) 止血图和 (h) 止血处理后大鼠肝脏致死缺损模型的照片 (n=4, *p < 0.05, **p < 0.01, 和 ***p < 0.001)。
图 7. (a) 感染伤口形成及后续治疗过程示意图。 (b) 在第 0、3、7、10 和 14 天以不同方式处理的 MRSA 感染的 BALB/C 裸鼠的代表性照片和 (c) 相应的伤口愈合率。(d) 第 14 天的 H&E 染色图像（红色线圈：细胞，绿色框：毛囊，黄色箭头：成纤维细胞）。 (e) 第 14 天的 Masson 染色图像和 (f) 胶原沉积体积分数。(g) 第 14 天的 IL-6（绿色）免疫荧光图像和 (h) 荧光强度。*p < 0.05，**p < 0.01。
结论
该论文中作者以功能性纤维素纳米纤丝为 3D 网络骨架，构建了一种基于白光、近红外和温度响应的纤维素纳米纤丝原位水凝胶，用于快速止血和耐药细菌感染的伤口愈合。 同时，温度响应开关赋予敷料在不同温度下的溶胶-凝胶-溶胶转变特性。
1）作者利用温度响应开关赋予敷料在不同温度下的溶胶-凝胶-溶胶转变特性。冻干 CNF DLRIHWD 可快速吸收血液并作为物理屏障在大鼠肝脏模型中实现快速止血。
2）更重要的是，所开发的敷料提供了一种理想的策略，将内源性抗菌的持久性与 PDT 和 PTT 外源性抗菌功能的快速性相结合，并且由于其优异的抗菌活性，它可以在白光或 NIR 照射下促进 MRSA 感染的伤口愈合 和生物膜消除能力。
3）有趣的是，经过凝胶-溶胶二次转化特性处理后的水凝胶可以很容易地根据需要从伤口中取出，而不会造成二次损伤。
可以合理地预期，多种功能可以巧妙地结合在纤维素纳米纤丝骨架上，以开发用于急救止血和耐药细菌感染伤口愈合的多响应性纤维素纳米纤丝原位水凝胶。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.120042
参考文献：Xiaokun Shi, Zhiping Chen, Yonghui He, Qin Lu, Rimei Chen, Chao Zhao, Die Dong, Yupei Sun, Hui He. Dual light-responsive cellulose nanofibril-based in situ hydrogel for drug-resistant bacteria infected wound healing.Carbohydrate Polymers. 2022 .DOI: 10.1016/j.carbpol.2022.120042
投稿kangjunkejiquan@163.com
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