课题研究
慢性感染伤口愈合是生物医学领域的主要挑战之一。传统治疗方式通常具有药物透过性差、药物生物利用度低、容易产生耐药性以及需要频繁给药等缺点。因此，开发一种新的治疗策略来减少抗生素的给药剂量、提高药物递送效率以及降低给药频次，对于慢性感染伤口治疗具有重要意义。基于此，作者构建了一种多功能微针（MN）贴片，该微针贴片是利用摩方精密的 nanoArch S140 3D打印设备加工模具后经PDMS翻模制备而成。可通过高效的化学-光动力抗菌协同作用和生长因子在创面的持续释放来实现伤口的快速愈合（如图1）。当微针贴片穿刺皮肤时，针体携带的低剂量抗生素和包裹生物活性小分子的金属有机框架(MOFs)会随着针体材料的溶解快速释放到伤口床。在光照下，MOFs纳米粒子能将 O2 转化为 1O2 ，与抗生素协同作用快速清除伤口的致病菌，由于其良好的化学-光动力学协同性能，使所需抗生素用量减少了10倍。此外，载药MOFs纳米材料可在创面组织中实现生长因子的持续释放，促进上皮组织的形成和新生血管的形成，从而进一步加速慢性创面愈合。总的来说，该研究设计的基于MOFs的多功能微针贴片为慢性感染伤口的治疗提供了一种简单、安全、有效的替代方案。相关研究成果以题为" Multifunctional MOF-based Microneedle Patch with Synergistic Chemo-photodynamic Antibacterial Effect and Sustained Release of Growth Factor for Chronic Wound Healing"的文章发表在《Advanced Healthcare Materials》（SCI一区，Top期刊，IF=11.092）。武汉大学药学院博士研究生曾勇年、王陈媛为共同第一作者，武汉大学中南医院黄建英主任和武汉大学药学院黎威教授为共同通讯作者。
图1. 化学-光动力学协同抗菌多功能卟啉MOFs微针贴片促进慢性伤口愈合
首先，作者将制备好的载有DMOG的MOF纳米粒子与抗生素通过真空抽吸和离心的方法一起装载到微针中，微针是由水溶性材料-透明质酸（HA）组成（如图2a）。通过实验观察到微针具有呈尖锐的圆锥形结构（如图2b），具有良好的机械强度和透皮性能（如图2c-e），可以有效地刺透皮肤（如图2f），并高效地将其装载的抗生素和载药MOF纳米粒子递送到皮下（如图2g）。研究人员进一步研究了微针的抗菌性能，结果显示构建的微针贴片通过化学-光动力学效应对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌以及铜绿假单胞菌均具有显著的抑菌效果（如图3a-f），并且在金黄色葡萄球菌细胞内可以检测到激光照射后MOF纳米粒子产生的大量活性氧（如图3g）。通过对照实验发现，经过微针处理后的细菌表面呈现出皱缩和破裂的形态（如图3h）。同时，我们还发现，通过微针治疗，可以显著降低最小抑菌浓度（如图3i-k），从而进一步验证了微针具有有效的化学-光动力学协同抗菌治疗效果。最后，作者通过实验发现该多功能微针贴片能显著加速金黄色葡萄球菌的慢性感染伤口的愈合（如图4）。
图2. 多功能M/DP MN贴片的制备与表征。(a) M/DP MN贴片制作工艺示意图。(b) M/DP MN的SEM图像。(d) M/DP MN贴片的力-位移曲线(插图:机械强度试验前后MN的光学图像)。M/DP MN贴片在(c)和(e)插入离体大鼠皮肤之前和之后的代表性光学显微照片。(f) M/DP MN贴片插入后的大鼠皮肤代表性亮场显微镜图像。(g) 离体植入大鼠皮肤的MN的组织学图像。
图3. M/DP MN贴片的体外抑菌性能研究。不同处理对大肠杆菌(a)、金黄色葡萄球菌(c)和铜绿假单胞菌(e)抑菌带的代表性图片。黑色虚线表示MN贴片的施用位置，红色虚线圈表示抑菌区。对大肠杆菌(b)、金黄色葡萄球菌(d)和铜绿假单胞菌(f)抑菌圈的定量分析。金黄色葡萄球菌的不同处理显示ROS的产生。(h) 不同处理后金黄色葡萄球菌形态的FESEM图像。红色箭头表示膜裂纹。不同处理对大肠杆菌(i)、金黄色葡萄球菌(j)、铜绿假单胞菌(k)最低抑菌浓度的统计分析。
图4. 体内抗菌分析和伤口处理。(a) 体内实验时间方案。(b) 第0、3、6、9、11天不同处理小鼠皮肤创面的代表性光学照片。黑色虚线圈表示原始伤口区域。(c) 从不同处理后的伤口组织中分离出的培养细菌的代表性摄影图像。(d) 11天内各组创面形态变化示意图。(e) 通过测量不同处理后的创面面积，定量分析创面愈合情况。
结论
该研究作者提出了一种基于MOFs多功能微针贴片，该贴片具有化学光动力学协同抗菌作用和持续释放生长因子能力，为感染慢性伤口提供了一种简单、安全、有效的治疗策略。由于MN贴片采用水溶性HA材料制备，当微针应用到伤口时，MN尖端可快速溶解。将包裹的抗生素(即MEM)和装载DMOG的MOFs纳米颗粒递送至创面。在给予光照时，MOFs不仅能将 O2 转化为 1O2 ，还能持续释放生长因子。这种治疗方式不仅能快速清除病原菌，又能促进创面上皮组织再生、胶原沉积和血管生成。重要的是，MN贴片的优良化学光动力学协同作用能显著减少抗生素的使用剂量，从而大大降低细菌的耐药性。此外，体内和体外生物安全性实验证明MN贴片具有良好的生物相容性和安全性。这种多功能MN贴片的制备过程简单、成本低、易于实现大规模生产。值得注意的是，这种易于获取、安全有效的多功能MN贴片也适用于其他治疗药物的传递，为药物传递领域提供了新的思路。原文链接：
https://doi.org/10.1002/adhm.202300250
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