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當前(qian)位置：首(shou)頁技(ji)術(shu)文(wen)章蘇州大學(xue)嚴鋒(feng)教授(shou)團隊(dui)：小(xiao)球(qiu)藻抗菌(jun)微(wei)針治療糖尿(niao)病創(chuang)面(mian)

蘇州大學(xue)嚴鋒(feng)教授(shou)團隊(dui)：小(xiao)球(qiu)藻抗菌(jun)微(wei)針治療糖尿(niao)病創(chuang)面(mian)

更新時(shi)間：2024-05-24

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慢(man)性創(chuang)面(mian)是壹種(zhong)發(fa)病(bing)率(lv)很(hen)高(gao)的(de)流行病(bing)，影響著(zhe)超(chao)過(guo)1%的(de)人(ren)們，已經(jing)成(cheng)為(wei)醫療保健(jian)系(xi)統中的(de)壹(yi)大挑戰(zhan)。糖(tang)尿病創(chuang)面(mian)是影響許(xu)多糖尿(niao)病(bing)患者的(de)典型(xing)慢性創(chuang)面(mian)，由(you)於(yu)其愈(yu)合困(kun)難和復發(fa)率(lv)高(gao)。雖(sui)然(ran)已經(jing)開發(fa)了(le)涉及生化(如(ru)生(sheng)長(chang)因子)和(he)生(sheng)物物理(如(ru)負壓療法和(he)高(gao)壓(ya)氧(yang)療法)的(de)糖(tang)尿病傷(shang)口治(zhi)療的(de)新(xin)療法，但(dan)慢性創(chuang)面(mian)的(de)治(zhi)療效(xiao)果(guo)仍然(ran)不(bu)令人(ren)滿(man)意。此(ci)外，細菌(jun)感(gan)染在(zai)慢性糖(tang)尿(niao)病(bing)創(chuang)面(mian)中普(pu)遍(bian)存在，這會加劇(ju)傷(shang)口的(de)缺(que)氧和營養缺(que)乏。更重要(yao)的(de)是(shi)，糖尿病(bing)創(chuang)面(mian)的(de)高(gao)糖(tang)微(wei)環境會進(jin)壹(yi)步(bu)增加微(wei)生物感(gan)染的(de)可能(neng)性，並(bing)導(dao)致(zhi)血(xue)管生(sheng)成受損和(he)巨噬細胞功能(neng)障(zhang)礙，進(jin)壹(yi)步(bu)延緩傷(shang)口的(de)愈(yu)合過程(cheng)。因此(ci)，有效(xiao)清(qing)除微生物(wu)和(he)調(tiao)節(jie)創(chuang)面(mian)微環境是(shi)治療慢性糖(tang)尿(niao)病(bing)創(chuang)面(mian)的(de)關(guan)鍵。

針(zhen)對上(shang)述問題(ti)，蘇州大學(xue)嚴鋒(feng)教授(shou)團隊(dui)從(cong)緩解缺(que)氧和抗感(gan)染兩(liang)方面(mian)出(chu)發(fa)，構(gou)建了負載小(xiao)球(qiu)藻的(de)聚(ju)離子液體微針(PILMN-Chl)，用(yong)於對(dui)耐(nai)甲氧西林金黃色(se)葡(pu)萄(tao)球(qiu)菌(jun)(MRSA)感(gan)染的(de)糖(tang)尿病慢(man)性創(chuang)面(mian)進(jin)行微(wei)針釋(shi)氧和(he)抗菌(jun)的(de)治(zhi)療。PILMN-Chl由(you)於(yu)負載小(xiao)球(qiu)藻，光照下進(jin)行了(le)光合作(zuo)用，可以穩定持(chi)續產(chan)氧(yang)30h以(yi)上。通(tong)過(guo)結合微針(zhen)的(de)屏(ping)障(zhang)穿(chuan)透(tou)能(neng)力(li)、小(xiao)球(qiu)藻持(chi)續充(chong)足(zu)的(de)供(gong)氧(yang)能(neng)力(li)和PIL的(de)殺(sha)菌(jun)活(huo)性，PILMN-Chl可以通過局(ju)部(bu)靶向殺菌(jun)和(he)傷(shang)口深處(chu)的(de)乏(fa)氧緩(huan)解(jie)，來加速(su)體內(nei)慢(man)性糖(tang)尿(niao)病(bing)傷(shang)口的(de)生(sheng)長(chang)。因此(ci)，自身(shen)氧(yang)氣(qi)產(chan)生(sheng)的(de)微(wei)針可能(neng)為(wei)治(zhi)療慢性、缺(que)氧和感(gan)染的(de)糖(tang)尿病創(chuang)面(mian)提供(gong)壹(yi)種(zhong)有前(qian)途(tu)的(de)、簡(jian)便的(de)治(zhi)療策略(lve)。

圖(tu)1.小(xiao)球(qiu)藻負載PIL基(ji)微針(zhen)(PILMN-Ch1)的(de)合成示(shi)意圖。PILMN-Chl可通過光合作(zuo)用持(chi)續向創(chuang)面(mian)提供(gong)充(chong)足(zu)的(de)氧(yang)氣(qi)，並(bing)通過PIL發(fa)揮(hui)殺(sha)菌(jun)作(zuo)用，促(cu)進(jin)創(chuang)面(mian)愈合。

圖(tu)1展示(shi)了(le)PILMN-Chl的(de)合成和(he)應用。在(zai)紫(zi)外光照射(she)下，單(dan)體與(yu)小(xiao)球(qiu)藻進(jin)行光交聯(lian)，制(zhi)得PILMN-Chl。微(wei)針上(shang)裝(zhuang)有(you)光合作(zuo)用的(de)小(xiao)球(qiu)藻，能(neng)夠(gou)通(tong)過光合作(zuo)用持(chi)續穩定地產(chan)生(sheng)氧(yang)氣(qi)。這種(zhong)創(chuang)新的(de)方法促(cu)進(jin)了(le)產(chan)生(sheng)的(de)氧(yang)氣(qi)直(zhi)接(jie)輸送到傷(shang)口，有(you)效(xiao)地(di)解決(jue)了經(jing)皮氧(yang)氣(qi)輸送的(de)挑(tiao)戰。由(you)此(ci)產(chan)生(sheng)的(de)PILMN-Chl不(bu)斷產(chan)生(sheng)氧(yang)氣(qi)並(bing)將(jiang)氧(yang)氣(qi)輸送到傷(shang)口部(bu)位，並通(tong)過(guo)與膜(mo)損傷(shang)相關的(de)殺(sha)菌(jun)機(ji)制(zhi)殺滅細菌(jun)，從(cong)而緩(huan)解慢(man)性糖(tang)尿(niao)病(bing)傷(shang)口的(de)缺(que)氧和促(cu)進(jin)傷(shang)口愈(yu)合。

圖(tu)2. a)觀察逐(zhu)漸放(fang)大的(de)PILMN-Chl。b)PILMN-Chl的(de)掃描電子顯微鏡圖像和c)用(yong)EDS表(biao)征的(de)PILMN-Chl中(zhong)相應的(de)元(yuan)素圖。d)PILMN-Chl的(de)溶(rong)脹率。e)PILMN和(he)PILMN-Chl在(zai)30℃時(shi)的(de)失水(shui)率(lv)。f)PILMN和(he)PILMN-Chl在(zai)不(bu)同頻(pin)率掃描下37℃時(shi)的(de)儲能(neng)模(mo)量(liang)和(he)損耗(hao)模(mo)量(liang)。g)PILMN-Chl的(de)壓(ya)縮應力(li)應變(bian)曲(qu)線。在(zai)50%壓(ya)縮應(ying)變(bian)下出(chu)現的(de)壓(ya)縮曲(qu)線。h)PILMN和(he)PILMN-Chl的(de)拉伸(shen)應(ying)力(li)-應(ying)變(bian)曲(qu)線。i)記(ji)錄(lu)了(le)PILMN和(he)PILMN-Chl在(zai)穿透(tou)六層(ceng)封(feng)口膜(mo)過(guo)程中(zhong)的(de)力(li)-位移曲(qu)線。j)陽(yang)離子桃(tao)紅FG標(biao)記的(de)PILMN的(de)圖(tu)像和插(cha)入(ru)染色針(zhen)尖(jian)後(hou)留在皮(pi)膚(fu)內(nei)的(de)相應針孔(kong)。k)活(huo)體小(xiao)鼠(shu)皮膚(fu)表(biao)面(mian)的(de)PILMN-Chl圖(tu)像。去除(chu)PILMN-Chl後(hou)，皮(pi)膚(fu)內(nei)的(de)壓(ya)痕(hen)在(zai)10分(fen)鐘(zhong)內(nei)迅速(su)恢復(fu)。

研(yan)究(jiu)者對(dui)微(wei)針(zhen)進(jin)行了(le)測(ce)試與(yu)表(biao)征，首(shou)先對(dui)微(wei)針的(de)物(wu)理性能(neng)進(jin)行了(le)表征，證(zheng)明了(le)微針(zhen)的(de)力(li)學性能(neng)的(de)滿(man)足(zu)要(yao)求，特(te)別(bie)是(shi)透(tou)皮方面(mian)的(de)性能(neng)(圖(tu)2)。接(jie)下來是釋(shi)氧(yang)及抗菌(jun)性能(neng)的(de)探(tan)究(jiu)。在產(chan)氧(yang)方面(mian)，通過紫(zi)外及熒光等測(ce)試證(zheng)明(ming)了小(xiao)球(qiu)藻在微(wei)針(zhen)上的(de)存(cun)活及產(chan)氧(yang)性能(neng)(圖(tu)3)。圖(tu)四是通(tong)過塗(tu)板(ban)法(fa)、活(huo)死(si)染(ran)色及SEM，從(cong)多方面(mian)證明了(le)PILMN-Chl的(de)抗菌(jun)性能(neng)，並(bing)且(qie)對(dui)其(qi)破(po)壞細(xi)菌(jun)細(xi)胞膜(mo)的(de)機(ji)理進(jin)行了(le)研(yan)究(jiu)，表明(ming)該微針具有(you)光譜的(de)殺(sha)菌(jun)性。

圖(tu)3. a)不(bu)同濃(nong)度的(de)小(xiao)球(qiu)藻懸濁(zhuo)液的(de)UV-Vis光譜。b)對(dui)應的(de)不(bu)同吸(xi)光度和(he)濃(nong)度下的(de)小(xiao)球(qiu)藻懸濁(zhuo)液的(de)標(biao)準曲(qu)線。c)不(bu)同濃度的(de)小(xiao)球(qiu)藻在光照(5500 lux)下產(chan)生(sheng)的(de)溶(rong)解氧。d)不(bu)同時(shi)間(0h、6h、12h、24h)提(ti)取(qu)的(de)PILMN-Chl中(zhong)葉綠(lv)素的(de)OD值(zhi)和(he)e)UV-Vis光譜。f)PILMN-Chl在(zai)光的(de)照射(she)下在PBS中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)溶(rong)解氧。g)氧(yang)探針(zhen)[Ru(dpp)₃]Cl₂在(zai)不(bu)同處(chu)理後(hou)的(de)MRSA菌(jun)液中(zhong)的(de)熒(ying)光光譜。以(yi)PBS處(chu)理的(de)細(xi)菌(jun)作(zuo)為對(dui)照組。h)用(yong)[Ru(dpp)₃]Cl₂染(ran)色的(de)MRSA細(xi)菌(jun)經(jing)不(bu)同處(chu)理後(hou)的(de)熒(ying)光圖(tu)像。

圖(tu)4. a) MRSA, b) S. aureus and c) E. coli經(jing)不(bu)同處(chu)理後(hou)的(de)相對細菌(jun)存(cun)活率。b)與(yu)PILMN或(huo)PILMN-Chl共(gong)培養(yang)4h後(hou)，MRSA的(de)熒(ying)光染(ran)色(se)和掃描電子顯微鏡圖像。e)通(tong)過DPH的(de)熒(ying)光光譜來分析MRSA細(xi)胞膜(mo)的(de)流動(dong)性。f)通(tong)過CFDA-SE的(de)熒(ying)光光譜來分析不(bu)同處(chu)理後(hou)MRSA的(de)細(xi)胞膜(mo)滲透(tou)性。g)PILMN和(he)PILMN-Chl處(chu)理的(de)MRSA的(de)Zeta電位。

生(sheng)物材料(liao)的(de)生(sheng)物相容性是(shi)影(ying)響其(qi)在體內(nei)實(shi)際應用的(de)關(guan)鍵因素。因此(ci)，研(yan)究(jiu)者們通(tong)過(guo)溶(rong)血(xue)和細(xi)胞毒性實(shi)驗評價了(le)PILMN和(he)PILMN-Chl的(de)生(sheng)物相容性。同時(shi)，由(you)於(yu)氧氣(qi)的(de)產(chan)生(sheng)可以促(cu)進(jin)細(xi)胞的(de)增(zeng)殖和遷(qian)移，並(bing)且(qie)小(xiao)球(qiu)藻可以產(chan)生(sheng)抗炎(yan)的(de)物(wu)質(zhi)。基(ji)於這些優異的(de)體(ti)外測(ce)試數(shu)據，如(ru)體(ti)外抗菌(jun)活(huo)性、產(chan)氧(yang)活(huo)性、良(liang)好(hao)的(de)生(sheng)物相容性、使(shi)用(yong)方便和無痛特(te)性，研(yan)究(jiu)者進(jin)壹(yi)步(bu)評價其(qi)對體(ti)內(nei)MRSA感(gan)染的(de)糖(tang)尿病創(chuang)面(mian)的(de)治(zhi)療效(xiao)果(guo)，並進(jin)行了(le)切片染色(se)，進(jin)壹(yi)步(bu)研(yan)究(jiu)分析其在(zai)糖(tang)尿病(bing)傷(shang)口處(chu)的(de)應(ying)用潛力(li)。

圖(tu)5. a)PILMN和(he)PILMN-Chl與(yu)紅細胞孵育(yu)4h後(hou)的(de)紅細胞溶血(xue)活性，分(fen)別(bie)以(yi)PBS或(huo)Triton X-100處(chu)理的(de)紅細胞為陰性對(dui)照和陽(yang)性對(dui)照。b)PILMN和(he)PILMN-Chl處(chu)理的(de)L929細(xi)胞24h後(hou)的(de)細(xi)胞存活(huo)率，並(bing)以(yi)PBS處(chu)理的(de)L929細(xi)胞為對(dui)照組。c)不(bu)同處(chu)理的(de)L929細(xi)胞24h增(zeng)殖圖(tu)像。d)L929細(xi)胞遷移的(de)圖(tu)像。PILMN和(he)PILMN-Chl對(dui)LPS誘導(dao)的(de)RAW 264.7細(xi)胞炎(yan)癥(zheng)反(fan)應的(de)影(ying)響。用(yong)酶聯(lian)免疫試劑(ji)盒(he)檢測(ce)促(cu)炎(yan)細(xi)胞因子IL-6和(he)IL-1β的(de)釋(shi)放(fang)。

圖(tu)6. a)活(huo)體研(yan)究(jiu)流程圖。b)傷(shang)口閉(bi)合9天的(de)圖(tu)像。c)相應的(de)傷(shang)口大(da)小(xiao)圖(tu)和d)傷(shang)口愈(yu)合過程(cheng)中傷(shang)口面(mian)積的(de)定量統計分析。e)對(dui)治療後(hou)第(di)5天小(xiao)鼠(shu)傷(shang)口組(zu)織(zhi)中分(fen)離的(de)細(xi)菌(jun)菌(jun)落進(jin)行統計分析。用試劑(ji)盒(he)檢測(ce)IL-6和(he)g)IL-1β的(de)釋(shi)放(fang)。

該研(yan)究(jiu)展示(shi)了壹種(zhong)雙(shuang)管齊(qi)下治療糖尿(niao)病創(chuang)面(mian)耐藥細菌(jun)感(gan)染、消除細(xi)菌(jun)和(he)緩解缺(que)氧的(de)綜(zong)合療法。該微針給(gei)藥系(xi)統兼具抗菌(jun)和(he)產(chan)氧(yang)功能(neng)，有(you)望成(cheng)為(wei)動(dong)物和(he)人(ren)類慢(man)性創(chuang)面(mian)感(gan)染治(zhi)療策略(lve)的(de)候(hou)選(xuan)材料(liao)，在相關生物醫學(xue)領域具(ju)有(you)廣(guang)闊的(de)應(ying)用前(qian)景(jing)。相關成果以“Chlorella-Loaded Antibacterial Microneedles for Microacupuncture Oxygen Therapy of Diabetic Bacterial Infected Wounds"為(wei)題(ti)發(fa)表(biao)於(yu)《Advanced Materials》上(shang)。文(wen)章的(de)第(di)壹作(zuo)者為(wei)蘇州大學(xue)碩(shuo)士(shi)研(yan)究(jiu)生高(gao)淑(shu)娜(na)，通(tong)訊(xun)作(zuo)者為(wei)郭(guo)江(jiang)娜(na)副教授(shou)和(he)嚴(yan)鋒(feng)教授(shou)。