1、引言

细菌生物膜感染严重威胁着公众健康,已成为全球第二大死因。生物膜感染的伤口难以愈合,甚至会威胁生命。这是因为生物膜环境具有特殊的空间结构、持久性细菌和过度炎症等特点。现有的治疗手段要么使用不便的敷料,要么对伤口修复效果有限。因此,迫切需要开发一种能够同时破坏生物膜、杀死细菌和消除炎症的多功能纳米平台,以治疗生物膜感染的伤口。

银纳米粒子具有广谱抗菌活性,但在生物膜环境中效果受限。而聚多巴胺纳米粒子具有光热和抗炎特性,有望用于伤口治疗。本研究将银纳米粒子和聚多巴胺纳米粒子结合,制备出银掺杂聚多巴胺纳米平台(Ag/PDAs),期望实现对生物膜的破坏、细菌的杀灭和炎症的消除,为生物膜感染伤口治疗提供新方案。

2、结果与讨论

2.1 Ag/PDAs的制备与表征

Ag/PDAs采用简单的单步氧化还原反应法制备。透射电镜和扫描电镜表征结果显示,银纳米粒子均匀分散在聚多巴胺纳米粒子表面。元素映射进一步证实银、碳、氮、氧元素的均匀分布。银纳米粒子平均直径约7 nm,Ag/PDAs直径约100 nm。Zeta电位测量表明Ag/PDAs的负电性。X射线光电子能谱分析检测到银的特征峰,UV-Vis-NIR光谱显示Ag/PDAs在412 nm有吸收峰。

2.2 Ag/PDAs广谱抗菌性能

Ag/PDAs对大肠杆菌、链球菌、嗜血芽胞杆菌、铜绿假单胞菌等多种细菌表现出良好的抑制效果,随着浓度和作用时间的增加,抗菌活性逐渐增强。扫描电镜和透射电镜观察发现,Ag/PDAs能显著破坏细菌细胞膜结构,导致细菌细胞畸形和溶解。这归因于Ag/PDAs优异的广谱抗菌特性。

2.3 Ag/PDAs光热消除生物膜的能力

尽管Ag/PDAs单独对游离细菌有优异抑制作用,但对生物膜效果有限。将Ag/PDAs与808 nm近红外光照相结合,可有效破坏生物膜结构,并协同杀灭生物膜中的细菌。共聚焦激光扫描显微镜结果显示,Ag/PDAs+NIR组死细菌最多,印证了其协同杀灭生物膜的能力。菌落形成单位计数和结晶紫染色进一步证实了Ag/PDAs+NIR组对金黄色葡萄球菌生物膜的优异灭杀效果。扫描电镜观察也发现,Ag/PDAs+NIR作用下细菌细胞出现严重畸形和膜破坏。对福楼氏梭菌生物膜的评价也得到类似结果。这表明Ag/PDAs具有出色的光热消除生物膜的能力。

2.4 Ag/PDAs对炎症调控作用

Ag纳米材料虽然抗菌性强,但也存在潜在细胞毒性问题。本研究发现,浓度范围0-32 μg/mL的Ag/PDAs对口腔上皮细胞和巨噬细胞的毒性均较低,细胞存活率大于95%,显示良好的生物相容性。

进一步研究发现,Ag/PDAs可通过调节巨噬细胞极化,发挥抗炎作用。这为Ag/PDAs在生物膜感染伤口治疗中的应用提供了理论基础。

3、总结与展望

综上所述,本研究开发了一种集多功能于一体的银掺杂聚多巴胺纳米平台(Ag/PDAs),能够高效破坏生物膜结构、杀灭持续性细菌,并调节炎症反应,为生物膜感染伤口的治疗提供了新的解决方案。动物实验结果也证实了Ag/PDAs在治疗金黄色葡萄球菌生物膜感染伤口、抑制炎症和促进愈合方面的显著疗效。该研究为利用多功能纳米材料治疗难愈合生物膜感染伤口开辟了新途径,具有重要的科学意义和应用前景。未来可进一步优化Ag/PDAs的制备工艺,探索其他生物膜感染模型的治疗效果,以促进其临床转化应用。

参考文献

M. Ding, Y. Zhang, X. Li, Q. Li, W. Xiu, A. He, Z. Dai, H. Dong, J. Shan, Y. Mou, Simultaneous Biofilm Disruption, Bacterial Killing, and Inflammation Elimination for Wound Treatment Using Silver Embellished Polydopamine Nanoplatform. Small 2024, 20, 2400927. https://doi.org/10.1002/smll.202400927.