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武漢理工大學戴紅蓮教授課題組 AFM：誘捕細菌聯合磁熱協同殺菌的智能給藥系統高效修復感染性骨缺損

2023-04-02 來源：高分子科技

由高能量損傷或開放性骨折引起的感染性骨缺損是一種災難性并發癥，反復發作、經久不愈，而傳統的抗生素療法易導致耐藥菌的出現，且由于患處缺乏氧氣和血液供應等原因，植入物或周圍組織表面易形成細菌生物膜，使感染性骨缺損修復變得更加困難。因此，開發新型抗菌策略、改善感染病理微環境、設計兼具感染治療和促進骨再生的多功能生物活性材料是當務之急。

近日，武漢理工大學戴紅蓮教授課題組構建了一種集“誘-捕-殺”多功能于一體的智能磁熱骨水泥抗菌系統，能夠快速捕獲、誘殺細菌，破壞細菌細胞膜通透性與完整性，抑制細菌生物膜形成，同時改善感染性骨缺損的病理微環境并促進血管化骨再生。該體系由具有石榴型結構的明膠（GM）包覆空心介孔四氧化三鐵納米粒子（HMFNs）的復合微球與磷酸鈣鎂骨水泥（MCPC）復合而成，采用超臨界CO₂法和真空灌注法將疏水性藥物環丙沙星和親水性藥物萬古霉素分別負載到HMFNs的內部空腔和表面介孔結構。利用GM表面的正電荷和氧化鎂的吸附性能“誘捕”細菌，并通過磁熱效應、活性氧損傷、堿性微環境、以及生物活性離子與藥物的協同作用，提高細菌細胞膜的通透性，促進抗菌藥物內滲及細菌內溶物泄露，實現細菌的快速殺滅，抑制細菌生物膜的形成并防止感染復發。此外，該系統具有靈敏的磁熱效應、豐富的孔隙結構和可控的降解速率，可實現病灶部位活性離子和雙藥物的長效緩釋，生物利用度高，有效促進骨髓間充質干細胞的成骨分化和礦化、以及內皮細胞的活性和功能。為感染性骨缺損的治療提供了新策略，為多維度調節與改善感染病理微環境提供了新思路。

圖1. 智能“誘-捕-殺”磁熱抗菌系統的設計策略

圖2.該系統具有優異的細菌誘捕能力和靈敏的磁熱效應

圖3. MCPC/GM/HMFNs/Drug促進SD大鼠感染性股骨缺損的再生和愈合

圖4. MCPC/GM/HMFNs/Drug協同磁熱效應有效殺滅細菌并促進骨再生

該工作以“Smart Trap-Capture-Kill Antibacterial System for Infected Microenvironment Improvement and Vascularized Bone Regeneration via Magnetic Thermotherapy”為題發表在《Advanced Functional Materials》。文章第一作者為武漢理工大學博士研究生趙雅楠和華中科技大學同濟醫學院博士后胡良聰，通訊作者為武漢理工大學戴紅蓮教授。此研究得到國家自然科學基金、深圳市基礎研究重點項目等資助支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202214734

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（責任編輯：xu）

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