从植物内生真菌到抗菌敷料：Alternaria提取物赋予GelMA水凝胶抗金葡菌活性

医院获得性感染及创面细菌感染（尤S. aureus）严重影响植入器械使用及创面愈合，传统抗生素面临耐药及全身副作用问题，开发新型局部抗菌生物材料势在必行。水凝胶尤其GelMA因含RGD序列、可光交联、生物相容性好被广泛用于伤口敷料与药物递送；将抗菌剂载入GelMA可实现局部控释并避免全身给药弊端。合成抗菌剂或金属纳米粒存潜在毒性争议，植物/动物源天然提取物（精油、蜂蜜等）因多靶点作用不易诱发耐药受关注。近年内生真菌--健康植物组织内共生微生物--被发现可产生结构多样、具独特抗菌活性的次级代谢产物，是尚未充分挖掘的抗菌宝库，但从澳洲原生植物分离内生真菌提取物并掺入GelMA制备抗菌水凝胶的研究极少。

本研究拟将前期自Eremophila longifolia内生Alternariasp.（EL 24）获得的乙酸乙酯抗菌提取物载入10% GelMA，系统考察提取物对GelMA光交联动力学、流变/压缩力学、溶胀行为的影响，评价复合水凝胶对S. aureus的体外抑菌圈、释放特征及活性成分释放量估算，并以卤虫致死实验初评生物相容性，验证其作为天然源抗菌GelMA敷料的适用性。

图1. 光流变学与交联特性

原位光流变显示纯10% GelMA终储能模量G'≈22.65 kPa；加DMSO略降至20.57 kPa（具自由基清除性），加EL 24提取物后G'浓度依赖降至17.77 kPa（10 mg/mL组），最大聚合速率亦随提取物浓度升高下降，表明提取物具轻度自由基清除作用、干扰GelMA双键光聚合，使交联密度降低。缩短UV照射至165 s后各组G'仍升但幅度减小，提取物组光照停止后G'基本不再增长（纯GelMA/DMSO组仍有残余增长），进一步佐证提取物消耗剩余自由基。虽交联度略降，所有配方均能形成固态稳定水凝胶，满足后续操作需求。

图2. 压缩模量与溶胀行为

无提取物GelMA压缩模量≈42.36 kPa，加2.5/5/10 mg/mL提取物组分别降至31.91/36.69/32.34 kPa（5 mg/mL组与对照比无统计学差异），与流变所示交联密度下降相符，但材料仍保持足够力学强度便于操作。溶胀实验示各组成2 h内快速吸水达平衡，0/2.5/5 mg/mL组24 h溶胀比~3.65–3.39无显著差异，仅10 mg/mL组显著降至2.77，推测高浓度提取物中小分子占据孔隙限制吸水。SEM见典型多孔结构，提取物掺入未破坏基本形貌，符合预期半互穿网络特征。

图3. 体外抑菌圈与抗菌活性

含2.5 mg/mL与5 mg/mL提取物GelMA水凝胶ZOI分别为10.33 mm与13.33 mm，空白GelMA无抑制；游离提取物对照（150 µg）ZOI≈12 mm，说明UV光交联及LAP不破坏提取物抗菌活性，抑菌源于提取物释放而非GelMA本身。随后用浸泡介质法测释放活性：含10 mg/mL提取物组浸泡24 h培养基（h-MHB）完全抑制S. aureus生长（OD₆₀₀≈0.016），5 mg/mL组仅延长迟滞期，2.5 mg/mL组无影响，确定10 mg/mL为完全抑菌最低有效加载量，用于后续释放研究。

图4. 释放特征与释放量估算

无论以1 h/2 h/4 h间隔换液，首轮收集液均可完全抑菌，次轮仅延滞生长，第三轮无抑制，表明活性成分存早期突释（burst release），推测分子量较小易扩散出GelMA网络。稀释法估释放浓度：首轮h-MHB抑制S. aureus生长之最低有效稀释介于60%–80%，按MIC（78 µg/mL）推算首小时释放相当于107–143 µg/mL提取物（均值≈122.6 µg/mL），约占水凝胶总载量14.3%。残留水凝胶仍具微弱抑菌圈，说明部分活性物滞留网络内缓慢释放，符合创面初期需高剂量杀菌、后期维持低浓度防复染之需求。

图5. 卤虫致死实验

游离EL 24提取物LC₅₀≈327.2 µg/mL（≤160 µg/mL无明显致死，≥320 µg/mL毒性显著上升）；而含10 mg/mL提取物的GelMA复合水凝胶与卤虫共孵24 h存活率93.7%，与空白对照（98.6%）无显著差异，DMSO对照亦无毒。因水凝胶仅突释少量低于毒性阈值的提取物，总体表现良好生物相容性。结合文献中GelMA对多种哺乳动物细胞相容性已被验证，初步说明该复合水凝胶具应用于体表/浅层创面之生物安全性潜力，后续需用哺乳动物细胞系进一步确认。

本研究成功将澳洲Eremophila longifolia内生链格孢菌（Alternariasp. EL 24）乙酸乙酯抗菌提取物掺入10% GelMA光交联水凝胶。提取物轻微干扰GelMA光聚合使交联密度及储能/压缩模量浓度依赖降低，但不影响水凝胶固态成型与基本力学完整性；10 mg/mL加载量可在1 h内突释活性成分至抑菌浓度以上完全抑制S. aureus，后续缓慢释放具残留活性，且复合水凝胶对卤虫无急性毒性。研究证明植物内生真菌提取物可作为安全有效的天然抗菌添加剂用于GelMA基生物材料，为开发非抗生素类抗菌伤口敷料/表面涂层提供新思路。今后需深入解析提取物具体活性成分、明确哺乳动物细胞相容性及体内感染模型疗效。

原文链接：https://doi.org/10.1039/d5tb01529d