感染性組織損傷會因細菌感染和抗生素耐藥性而加劇，給治療帶來重大挑戰(zhàn)，并可能導(dǎo)致危及生命的全身性感染。

2025 年 4 月 28 日，中山大學(xué)李衛(wèi)昌、滕偉、王焱及華南理工大學(xué)于倩倩共同通訊在 Advanced Science 在線發(fā)表題為 “A Bio-Responsive Hydrogel with Spatially Heterogeneous Structure for Treating Infectious Tissue Injuries” 的研究論文。 該研究開發(fā)了一種生物響應(yīng)性水凝膠系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用包裹在普雷斯勒型多金屬氧酸鹽 (POM) 中的銀離子 (Ag?)。銀離子會響應(yīng)生物環(huán)境中的內(nèi)源性鈉離子 (Na?) 選擇性釋放，從而實現(xiàn)廣譜抗菌活性。

POM 作為Ag?的保護基質(zhì)，在保持其生物活性的同時，減輕細胞毒性和因長期暴露而導(dǎo)致的抗菌效果降低。此外，研究者采用雙通道技術(shù)制備具有可控且連續(xù)堆疊化學(xué)成分的纖維膜，確保通過纖維基質(zhì)中的氫鍵高效均勻地摻入 POM。隨后，通過原位分級交聯(lián)工藝生成了一種具有多尺度互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空間異質(zhì)水凝膠。這種差異化的微結(jié)構(gòu)有利于控制多種治療成分的裝載和釋放。同時，生物活性外泌體被整合到水凝膠中，進一步增強了其治療感染性組織損傷的再生潛力。 體外和體內(nèi)實驗表明，該先進的水凝膠系統(tǒng)為應(yīng)對感染性組織損傷相關(guān)的挑戰(zhàn)提供了一個可行且高效的平臺，并有望成為一種有前景的臨床應(yīng)用策略。

感染性組織損傷的治療是一項重大的醫(yī)學(xué)挑戰(zhàn)，因為細菌感染會延遲修復(fù)、加劇損傷并導(dǎo)致組織壞死。 嚴重的感染可能升級為全身并發(fā)癥，危及生命。抗生素雖然被廣泛使用，但由于耐藥性病原體的迅速出現(xiàn)，其療效日益下降。因此，治療感染性組織損傷已成為一個漫長而艱巨的過程，并帶來了巨大的經(jīng)濟和社會負擔(dān)。盡管感染管理取得了令人鼓舞的進展，但在抗菌療效、感染控制、免疫調(diào)節(jié)和組織再生之間取得平衡仍然困難重重。 因此，開發(fā)有效的感染性組織損傷治療策略仍然是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一項關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

膜、海綿、支架、纖維和水凝膠等生物材料是組織修復(fù)的常用平臺。 水凝膠尤其具有吸引力，因為它們具有三維聚合物網(wǎng)絡(luò)，可以模擬細胞外基質(zhì)，并為組織再生提供支持性微環(huán)境。水凝膠具有可調(diào)的特性，能夠整合其固有的生物功能，以滿足多樣化的治療需求。然而，傳統(tǒng)水凝膠的聚合物網(wǎng)絡(luò)一旦被破壞，往往會面臨結(jié)構(gòu)完整性問題，從而損害其功能。 此外，其親水基質(zhì)對疏水性藥物的包封效率低，且釋放動力學(xué)不受控制，從而降低了治療效果。為了突破這些局限性，需要開發(fā)新型水凝膠結(jié)構(gòu)，以滿足不斷發(fā)展的生物醫(yī)學(xué)需求。

設(shè)計的生物響應(yīng)水凝膠系統(tǒng)示意圖（圖源自Advanced Science ）

水凝膠主要用作覆蓋物、支撐物和屏障，用于治療感染性組織損傷。 然而，與功能性藥物或生物活性成分的協(xié)同作用對于滿足復(fù)雜的治療需求至關(guān)重要。傳統(tǒng)方法通常涉及抗生素或載藥材料，但抗生素的過度使用導(dǎo)致了多重耐藥性和副作用，限制了其療效。具有廣譜抗菌活性的銀 (Ag) 已成為一種有效的替代品。然而，銀在高濃度下的細胞毒性及其在生理環(huán)境中聚集而導(dǎo)致的抗菌效果降 低仍然是一項重大挑戰(zhàn)。因此，對銀的有效保護和精確的釋放控制對其治療潛力至關(guān)重要。多金屬氧酸鹽 (POM)，一種離散且結(jié)構(gòu)明確的氧化物簇，提供了一種有前景的解決方案。POM 具有多樣的形貌和功能特性，包括有利于離子傳導(dǎo)、交換和分離的納米級空腔和通道。它們的表面羥基和氧配體，加上高電荷密度，為與生物分子和材料的相互作用提供了機會。 這些特性使多金屬氧化物半導(dǎo)體 (POM) 能夠與生物材料協(xié)同作用，用于治療應(yīng)用。

本研究將銀離子 (Ag?) 封裝于 Preyssler 型磷鎢酸鹽 ([MP?W??O???](15?n)?) 中，形成納米級 AgP?W?? 簇。 這些簇表現(xiàn)出生物響應(yīng)行為，可響應(yīng)生物環(huán)境中內(nèi)源性鈉離子 (Na?) 選擇性釋放 Ag? 離子。這種 Na? 誘導(dǎo)的釋放機制確保了其可控且有效的抗菌作用。為了穩(wěn)定 AgP?W?? 簇，我們采用了富含羥基的聚合物聚乙烯醇 (PVA)，利用氫鍵和靜電相互作用來防止聚集并保持抗菌功效。為了應(yīng)對感染性組織損傷治療的臨床挑戰(zhàn)，我們開發(fā)了一種空間異質(zhì)性水凝膠系統(tǒng)（圖1）。該系統(tǒng)由預(yù)成型的PVA纖維和甲基丙烯酸酯化明膠（GelMa）纖維堆疊而成，并進行原位交聯(lián)，形成獨特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種空間異質(zhì)性結(jié)構(gòu)有利于藥物均勻分散，增強結(jié)構(gòu)完整性，并克服了傳統(tǒng)水凝膠系統(tǒng)易發(fā)生網(wǎng)絡(luò)坍塌的局限性。AgP?W??簇穩(wěn)定地整合到PVA纖維中，確保了其持續(xù)的抗菌功能，同時整合了生物活性外泌體以促進組織再生。全面的體外和體內(nèi)評估揭示了該水凝膠的生物響應(yīng)多功能性，展現(xiàn)了其對抗細菌感染和促進軟硬組織損傷修復(fù)的能力。 這種創(chuàng)新方法為感染性組織損傷的治療提供了一個有前景且高效的治療平臺。

參考消息：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202500088

來源：iNature