四川大学邓怡、梁坤能 Adv. Mater.：构筑用于感染性组织再生的生物异质结及其通过激活类感受态抗菌策略快速杀菌

2024-10-22 来源：高分子科技

近年来，光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）等光治疗方法已经成为治疗细菌感染的强大策略。然而，对于耐药细菌等致病菌而言，紧密的细胞膜显著降低了光热的传导效率，并阻碍了活性氧（ROS）进入病菌细胞发挥作用，导致杀菌效果不尽人意。因此，亟需开发一种有效的抗菌方法，以解决当前抗菌效率不理想及超级耐药细菌出现的问题。受到基因工程中感受态细胞应用的启发，其中常用于DNA扩增的感受态大肠杆菌具有较为松散的细胞膜结构，并且能够非特异性吸收外源性DNA。因此，将病菌诱导形成类感受态细胞，成为了一种解决因致密细胞膜而降低抗菌效率的方法。基于团队在前期抗菌材料研究的基础上（Small 2023, 19, 2304324; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2109469; Small 2022, 18, 2105988.），发现MXene(Ti₂C₃)具有优异的光响应性能及抗菌性能，因此其结合类感受态的抗菌策略后期望产生更有效及广谱的抗菌性能。

在本项研究中，他们通过在MXene上原位生成过氧化钙（CaO₂）制备了MXene/CaO₂生物异质结（MC bio-HJ）用于感染性组织损伤修复。该生物异质结通过激活类感受态细胞策略达到优异的抗菌效果，主要是利用CaO₂分解释放的钙离子与病原菌细胞膜磷脂双分子层结合，“被攻击”后的细胞膜通透性增加，进而MC bio-HJ在近红外光照射下产生的热量和ROS能够有效进入病原菌产生抗菌作用，从而对病菌进行毁灭性打击。该生物异质结在体外表现出了广谱且有效的抗菌效果，对于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的抗菌率达到了接近100%的水平。并且体内的感染性伤口缺损和感染性骨缺损两个动物实验模型也证明了该生物异质结良好的抗菌及促组织再生能力。总体来说，该研究为有效快速杀菌和促进组织再生提供了新的研究思路。

图1. 类感受态细胞抗菌策略。

图2. MC bio-HJ的制备及表征。

图3. MC bio-HJ的抗菌效果。

图4. 类感受态细胞抗菌策略的机理。

图5. MRSA感染皮肤创面的修复。

该工作以题目为“Elaborated Bio-Heterojunction With Robust Sterilization Effect for Infected Tissue Regeneration via Activating Competent Cell-Like Antibacterial Tactic”发表于《Advanced Materials》。文章第一作者为四川大学化学工程学院博士生黄义宣，通讯作者为四川大学化学工程学院邓怡研究员和四川大学华西口腔医学院梁坤能副教授。该项研究得到了国家自然科学基金、四川省自然科学基金和四川省科技厅项目等项目的支持。

全文链接：http://doi.org/10.1002/adma.202414111

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（责任编辑：xu）

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