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武漢理工大學(xué)戴紅蓮教授課題組 AFM：誘捕細(xì)菌聯(lián)合磁熱協(xié)同殺菌的智能給藥系統(tǒng)高效修復(fù)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(zāi)難性并發(fā)癥，反復(fù)發(fā)作、經(jīng)久不愈，而傳統(tǒng)的抗生素療法易導(dǎo)致耐藥菌的出現(xiàn)，且由于患處缺乏氧氣和血液供應(yīng)等原因，植入物或周圍組織表面易形成細(xì)菌生物膜，使感染性骨缺損修復(fù)變得更加困難。因此，開發(fā)新型抗菌策略、改善感染病理微環(huán)境、設(shè)計(jì)兼具感染治療和促進(jìn)骨再生的多功能生物活性材料是當(dāng)務(wù)之急。


  近日，武漢理工大學(xué)戴紅蓮教授課題組構(gòu)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(tǒng)，能夠快速捕獲、誘殺細(xì)菌，破壞細(xì)菌細(xì)胞膜通透性與完整性，抑制細(xì)菌生物膜形成，同時(shí)改善感染性骨缺損的病理微環(huán)境并促進(jìn)血管化骨再生。該體系由具有石榴型結(jié)構(gòu)的明膠（GM）包覆空心介孔四氧化三鐵納米粒子（HMFNs）的復(fù)合微球與磷酸鈣鎂骨水泥（MCPC）復(fù)合而成，采用超臨界CO2法和真空灌注法將疏水性藥物環(huán)丙沙星和親水性藥物萬(wàn)古霉素分別負(fù)載到HMFNs的內(nèi)部空腔和表面介孔結(jié)構(gòu)。利用GM表面的正電荷和氧化鎂的吸附性能“誘捕”細(xì)菌，并通過磁熱效應(yīng)、活性氧損傷、堿性微環(huán)境、以及生物活性離子與藥物的協(xié)同作用，提高細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性，促進(jìn)抗菌藥物內(nèi)滲及細(xì)菌內(nèi)溶物泄露，實(shí)現(xiàn)細(xì)菌的快速殺滅，抑制細(xì)菌生物膜的形成并防止感染復(fù)發(fā)。此外，該系統(tǒng)具有靈敏的磁熱效應(yīng)、豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和可控的降解速率，可實(shí)現(xiàn)病灶部位活性離子和雙藥物的長(zhǎng)效緩釋，生物利用度高，有效促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化和礦化、以及內(nèi)皮細(xì)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(diào)節(jié)與改善感染病理微環(huán)境提供了新思路。


 圖1. 智能“誘-捕-殺”磁熱抗菌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略


 圖2.該系統(tǒng)具有優(yōu)異的細(xì)菌誘捕能力和靈敏的磁熱效應(yīng)


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


 圖4. MCPC/GM/HMFNs/Drug協(xié)同磁熱效應(yīng)有效殺滅細(xì)菌并促進(jìn)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(fā)表在《Advanced Functional Materials》。文章第一作者為武漢理工大學(xué)博士研究生趙雅楠和華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院博士后胡良聰，通訊作者為武漢理工大學(xué)戴紅蓮教授。此研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目等資助支持。


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

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