一种具有抗炎、清除活性氧(ROS)及生成一氧化氮(NO)特性的抗菌纳米纤维,有助于促进伤口愈合

《International Journal of Pharmaceutics》:An antibacterial nanofiber with inflammation-suppressing, ROS-scavenging and nitric oxide-generating properties for promoting wound healing

【字体: 时间:2025年12月01日 来源:International Journal of Pharmaceutics 5.2

编辑推荐:

  新型光激活纳米纤维膜伤口敷料以Eudragit? E100为基质,结合丙二醇增塑剂和银硝普钠纳米颗粒(SNP-AgNPs),通过诱导ROS氧化应激和物理破坏细菌膜完整性实现协同抗菌,体外及体内实验证实其促进血管生成、肉芽组织形成和炎症抑制,加速伤口闭合并完成皮肤再上皮化。

  
Jiangtao Su|Fan Ye|Zhouyang Zhang|Jiahao Liang|Chuchu Liu|Yaqian Gan|Yu Guo|Chenfan Duan|Liwei Li|Xiaoxia Guo
湖北工业大学生命与健康科学学院,武汉430068,中国

摘要

开发能够克服细菌耐药性和生物膜相关感染的先进敷料仍然是临床实践中的一个关键挑战。在这项研究中,我们使用Eudragit? E100作为基质材料,丙二醇(PG)作为增塑剂,以及硝酸银普鲁士蓝纳米颗粒(SNP-AgNPs)作为一氧化氮(NO)释放成分,制备了一种新型的光激活纳米纤维膜敷料。该敷料表现出强烈的协同抗菌活性,并通过双重机制有效消除了已形成的生物膜:诱导ROS介导的氧化应激和破坏细菌膜完整性。体外体内评估显示其具有优异的细胞相容性,并显著加速了伤口愈合。此外,免疫组化和免疫荧光分析表明,该敷料促进了强大的血管生成和肉芽组织形成,同时显著减少了炎症细胞的浸润,最终实现了具有成熟皮肤结构的完全再上皮化。

引言

有效的伤口管理仍然是一个重要的临床挑战,尤其是在感染或慢性伤口的情况下(Sandoz, 1987)。虽然传统敷料提供被动保护,但迫切需要能够主动促进愈合的先进功能性敷料(Almajidi et al., 2024, Shahriari-Khalaji et al., 2025)。在这方面,静电纺丝纳米纤维作为一种有前景的敷料材料而受到重视,这主要是因为它们的结构与皮肤的天然细胞外基质(ECM)相似,从而促进了细胞粘附和组织再生(Zheng et al., 2025)。
静电纺丝在伤口管理中的优势是多方面的(John et al., 2022)。静电纺丝纳米纤维膜具有高表面积与体积比和相互连接的多孔网络(Park et al., 2024)。这种独特的结构不仅促进了细胞增殖和浸润,还促进了气体交换和有效管理伤口渗出物,这对于维持最佳的湿润伤口环境至关重要(Xu et al., 2024)。此外,静电纺丝过程允许高效掺入各种治疗剂,从而可以制备出具有定制功能的生物活性敷料,以改善伤口愈合(Wang et al., 2025)。因此,研究人员使用不同的静电纺丝技术制备了抗菌敷料。Basma等人制备了一种负载西地那非(Sil)的角蛋白/Soluplus/merwinite(KS.Me.Sil)纳米纤维支架,这种静电纺丝的KS.Me.Sil纳米纤维支架具有出色的成骨和血管生成特性(Talib Al-Sudani et al., 2024)。Maryam等人制备了一种从Soluplus-大豆蛋白分离物(Sol-SPI)中提取的负载莫匹罗星(mupirocin)的纳米纤维支架,该支架表现出优异的生物相容性、细胞粘附性和抗菌活性,显示出其预防感染和加速全层皮肤伤口愈合的潜力(Jahani et al., 2024)。
一氧化氮(NO)是伤口愈合过程中的一个重要因素,它可以调节炎症、促进血管生成并增强胶原蛋白沉积(Hasan et al., 2023)。然而,由于NO的高反应性和短半衰期,其临床应用受到限制(Roberts et al., 2024)。为了克服这一问题,纳米技术提供了使用封装在纳米颗粒内的供体分子来控制NO释放的策略。纳米技术的进步使得NO供体纳米颗粒的发展成为可能,这些纳米颗粒能够有效地储存并将NO输送到伤口部位。Li等人开发了一种新型的静电纺丝敷料,将光热活性、靶向一氧化氮释放和两性抗污表面集成到一个平台上,显示出对细菌感染和生物膜的协同疗效,从而促进伤口愈合。此外,由于银纳米颗粒(AgNPs)具有强大的抗菌特性,因为它们能够破坏细菌细胞膜并生成活性氧(ROS)(Galante et al., 2022),因此被广泛使用。值得注意的是,硝酸银普鲁士蓝(SNP-AgNPs)是一种特别有吸引力的供体,因为它同时作为NO和抗菌Ag+离子的来源,产生了强烈的协同效应(da Silva Filho et al., 2023)。Patra等人开发了一种涂有硝酸银普鲁士蓝纳米颗粒的棉织物,当局部应用时显著促进了伤口愈合和抗菌活性(Rao et al., 2021)。
Eudragit E100是一种属于(甲基)丙烯酸酯共聚物家族的阳离子聚电解质(Kojima et al., 2012)。作为一种药物辅料,E100具有优异的生物相容性和安全性(Domnina et al., 2008)。受这些特性的启发,我们选择它作为主要基质聚合物,使用便携式静电纺丝设备制备了一种新型纳米纤维膜(SNP-AgNPs NF)。基于Eudragit? E100和丙二醇的基质,该敷料掺入了SNP-AgNPs作为NO供体。我们系统地优化了配方,并全面评估了所得膜的物理化学性质、抗菌和抗氧化活性、生物相容性以及在体内模型中促进伤口愈合的效果。我们证明,SNP-AgNPs NF敷料通过抗菌作用、氧化应激减少、炎症抑制和增强血管生成的协同机制有效加速了伤口愈合。

化学试剂和材料

Eudragit? E100、RL100、RS100和RLPO购自EVONIK(中国)。丙二醇(PG)、PEG200、PEG400、柠檬酸三乙酯(TEC)、甘油(Gl)、乙醇和二氯甲烷购自Sinopharm Chemical Reagent(中国)。

硝酸银普鲁士蓝(SNP-AgNPs)的合成

SNP-AgNPs的合成方法参考了之前的研究(Rao et al., 2018)。简而言之,在室温下连续搅拌1小时,将硝酸银和硝酸钠溶液以2:1的体积比在黑暗中混合,生成淡粉色产物

硝酸银普鲁士蓝纳米颗粒(SNP-AgNPs)的制备

硝酸银普鲁士蓝纳米颗粒(AgNPs)被制备为光响应型NO供体。合成的AgNP具有220.4纳米的流体动力学直径(图1A),并呈现出多种形状(图1B),这与之前报道的使用SNP还原AgNO3时制备的AgNPs尺寸范围为100至250纳米的研究结果一致(Asif et al., 2024)。元素分析表明存在Ag、Fe、C、N和O(图1C, D),表明SNP有效地将AgNO3还原为Ag

讨论与结论

在这项研究中,我们开发了一个便携式静电纺丝平台,用于按需制备SNP-AgNPs NF敷料,该敷料结合了两种生物活性成分——Ag+用于抗菌作用和NO用于细胞保护和促进伤口愈合。1%的SNP-AgNPs掺入对其他物理性质没有影响,但将纳米纤维的拉伸强度从4.214 MPa降低到了2.744 MPa。幸运的是,先前的研究表明人体皮肤上的压力大约在2.5到16.0 MPa之间。SNP-AgNPs NF敷料

作者贡献声明

Jiangtao Su:监督、项目管理、数据分析、概念构思。Fan Ye:撰写初稿、方法论、实验研究。Zhouyang Zhang:监督、方法论、实验研究。Jiahao Liang:数据可视化、软件处理。Chuchu Liu:数据管理。Yaqian Gan:数据管理。Yu Guo:资源协调。Chenfan Duan:撰写与编辑。Liwei Li:方法论。Xiaoxia Guo:监督、项目管理、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了湖北工业大学(GCRC20200013)、国家自然科学基金(编号82104490)、中国博士后科学基金(2020M672327)以及湖北省帕金森病临床研究中心开放研究计划的关键项目(编号HBPDZ04)的研究资金支持。
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普
  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号