革蘭氏陰性菌感染已成為全球公共衛生的重大威脅。這類細菌憑借其外膜（OM）和脂多糖（LPS）毒素，可逃逸宿主免疫防御，引發過度炎癥反應，甚至導致器官損傷。其外膜的低滲透性、多藥外排泵及抗生素滅活酶的表達，構成了天然耐藥屏障。此外，LPS和鞭毛結構促進生物膜形成，進一步阻礙藥物滲透，保護細菌免受抗生素和免疫系統攻擊。生物膜內的休眠細菌代謝低下，對抗菌藥物敏感性極低，導致傷口愈合延遲、組織壞死甚至膿毒癥。據統計，2050年革蘭氏陰性菌耐藥感染或致超千萬人死亡。當前臨床缺乏長效靶向療法，廣譜抗生素易破壞皮膚有益菌群（如葡萄球菌和鏈球菌），加劇微生態失衡和繼發感染風險。

安徽醫科大學王咸文教授、曹東升主任醫師開發了一種銅碲化物@海藻酸鈉-聚乙烯醇納米纖維/紗布傷口敷料（Cu?Te@SA-PVA NF/G），通過銅碲化物（Cu?Te）納米酶的多重酶活性精準殺滅革蘭氏陰性菌。該納米酶具有類過氧化物酶（POD-like）、類氧化酶（OXD-like）和類谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px-like）活性，可在傷口微環境中產生活性氧（ROS）并消耗抗氧化劑GSH，破壞細菌代謝平衡。體外實驗證實其對大腸桿菌殺滅率高達99.73%，并能有效清除生物膜。動物模型顯示，該敷料顯著促進感染傷口愈合，并通過調節炎癥反應、刺激血管新生和細胞增殖加速組織修復。

示意圖 1. (A) Cu?Te 納米酶和 Cu?Te@SA-PVA NFs 的合成示意圖。

核心技術突破

研究通過一鍋法合成具有三維納米花結構的Cu?Te納米酶（圖1）。透射電鏡（TEM）顯示其均勻的花狀形貌（圖1B），比表面積大且表面帶正電（Zeta電位+12.63 mV，圖1C），X射線光電子能譜（XPS）證實銅（Cu?/Cu2?）和碲元素的存在（圖1E-G）。這種獨特結構賦予其三重酶活性協同機制（圖2A）：在無H?O?條件下，納米酶通過OXD活性氧化鄰苯二胺（OPD）并產生超氧陰離子（O???，圖2C-D）；與微量H?O?（0.05mM）結合時，POD活性催化產生高活性羥基自由基（·OH，圖2E-G）；同時通過GSH-Px活性在4小時內耗盡細菌內抗氧化劑GSH（50μg/mL，圖2K-M），徹底瓦解細菌抗氧化防御系統。

圖 1. Cu?Te 納米酶的表征。

圖 2. Cu?Te 納米酶的多酶活性。

圖 3. Cu?Te 納米酶的體外抗菌活性。

多維度破壞細菌防御

轉錄組學分析（圖5A-C）揭示Cu?Te通過四重級聯機制精準打擊革蘭氏陰性菌：納米酶首先上調核糖體基因和能量代謝通路（如氧化磷酸化、TCA循環），迫使細菌維持高代謝狀態，無法進入低代謝休眠；同時下調鐵攝取基因（fur、ent家族），引發鐵代謝紊亂和鐵饑餓（圖5D），削弱依賴鐵輔基的抗氧化酶功能；此外顯著抑制鞭毛組裝基因（fliJ、flgB等，圖5C），使細菌喪失運動與黏附能力；最終通過降低胞外多糖（EPS）和脂多糖（LPS）合成基因表達（圖5E），破壞外膜完整性及生物膜形成。這種多靶點攻擊導致細菌內源性ROS爆發性積累（圖4E），經抗氧化劑NAC驗證為致死主因（圖4F-G）。

圖 4. ROS 誘導的細菌結構和功能損傷。

圖 5. Cu?Te 納米酶處理的 E. coli 差異基因表達。

圖 6. Cu?Te 納米酶的抗菌機制。

敷料臨床轉化與動物驗證

通過靜電紡絲技術將Cu?Te納米酶負載于海藻酸鈉（SA）-聚乙烯醇（PVA）納米纖維，形成柔性敷料（Cu?Te@SA-PVA NF/G）（圖7A）。SA提供吸液性和生物相容性，PVA增強機械強度并控制藥物緩釋（圖7F）。該敷料透氣性優于普通醫用紗布（圖7E），對大腸桿菌抑菌圈直徑達18.1mm（圖7G）。

圖 7. Cu?Te@SA-PVA NF/G 的表征。

圖 8. Cu?Te@SA-PVA NF/G 在 E. coli 感染傷口上的體內治療效果。

在感染小鼠模型中（圖8A），Cu?Te@SA-PVA NF/G（0.5 wt%）治療組第3天細菌存活率僅2.2%（對照組80.2%），第9天傷口愈合率達94.9%（對照組70.8%）（圖8B-E）。組織學分析顯示其促進表皮再生、膠原沉積和肉芽組織形成（圖9A-D），并下調炎癥因子（TNF-α、IL-6、IL-1β），上調血管標志物（CD31、VEGF）（圖9E-F）。在壓力潰瘍感染模型中（圖11A），該敷料同樣顯著減少細菌負荷（存活率0.3%），加速傷口閉合（第8天愈合率83.0% vs 對照組70.1%）（圖11B-E），且未引起主要器官毒性（圖11F-K）。

圖 9. Cu?Te@SA-PVA NF/G 在 E. coli 感染傷口上的體內治療效果。

圖 10. Cu?Te@SA-PVA 0.5 wt% NF/G 組織愈合的轉錄組分析。

圖 11. Cu?Te@SA-PVA NF/G 在 E. coli 感染的壓力性潰瘍傷口上的體內治療效果。

安全性與展望

該敷料細胞活性>80%，溶血率<5%，3天內可生物降解（圖S27-S30）。血液生化及組織學檢測證實其體內安全性（圖S35-S36）。研究團隊總結指出，Cu?Te@SA-PVA NF/G通過多重酶活性靶向革蘭氏陰性菌，結合電紡纖維的結構優勢，實現了感染控制、炎癥調節和組織再生三效合一。該技術為臨床治療耐藥菌感染提供了可轉化方案，尤其適用于糖尿病潰瘍、燒傷等頑固性傷口。

來源：高分子科學前沿

聲明：僅代表作者個人觀點，作者水平有限，如有不科學之處，請在下方留言指正！