近年来，抗生素耐药性的迅速获得、耐药细菌感染的不断恶化和感染伤口的缓慢愈合导致在开发同时具备消灭致病菌和加快伤口愈合的新型抗菌材料存在着巨大困难。如果传统抗生素不再发挥作用，耐药细菌将对人类健康构成严重威胁。据粗略估计，到2050年，每年可能有1000万人死于抗生素耐药性，超过每年死于癌症的820万人。目前全球每年至少有70万人死于耐药感染，超过破伤风、霍乱和麻疹的总人数。如果抗生素耐药性趋势得不到有效控制，到2050年，世界经济的累计损失可能达到100万亿美元。因此，迫切需要开发一种安全有效、抗菌能力强、无细菌耐药性产生的新型抗菌材料。目前光动力疗法是开发高效、安全抗菌材料最具前景的新疗法之一，利用光敏剂产生有毒活性氧(ROS)消除病原体。如果被细菌感染的伤口不能迅速愈合，将破坏成纤维细胞的分化，最终直接损害身体其他正常组织和免疫系统。金属离子(铜离子、镁离子、锌离子、钙离子等)是许多酶、蛋白质和转录因子不可缺少的催化剂，它们在伤口愈合过程中扮演着重要作用。虽然研究者们对开发新型抗菌材料做了巨大努力，然而关于同时减轻伤口感染症状和加速伤口愈合的有效治疗方法报道却很少。因此，探索一种新的治疗模式是解决当前挑战的关键。
四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心主任王云兵教授课题组报导了一种新型光响应多功能纳米粒子，该多功能纳米粒子利用化学和光动力协同抗菌，表现出良好的抗菌性能，并且可以在光照情况下响应释放Mg2+促进内皮细胞和成纤维细胞在创面区域增殖和迁移，加速伤口愈合。
图1 (A) HTCC-Ce6与Mg/EGCG复合物的合成路线图。(B) 纳米粒子形成及体内外抗菌和促进伤口愈合机理图。
图2 (A) 多功能纳米粒子SOSG荧光强度定量图。(B)多功能纳米粒子在光照情况下的粒径分布图。(C) 多功能纳米粒子在光照和不光照条件下Mg2+的释放量。
图3 多功能纳米粒子对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在光照和不光照条件下的抑菌率(A), 平板计数(B), SEM(C), 细菌的活死染色(D)以及细胞活性氧的产生成像图(E)和定量图(F)。
图4 (A) 小鼠在0、2、4、7和14天的细菌感染伤口愈合照片。(B) 小鼠在0、2、 4、7和14天的伤口愈合率。(C) 7天和14天的伤口部位H&E染色图。(D)7天和14天的伤口部位Masson染色图。(E) 7天和14天的伤口部位CD68染色(红色)。(F) 7天和14天的伤口部位CD31染色(绿色)图。
该团队报导的新型多功能纳米粒子在光照情况下对革兰阳性菌和格兰阴性菌均具有较强的杀死作用，同时还可以极大的促进伤口愈合，在此基础上，阐述了多功能纳米粒子抗菌和促进伤口愈合的机制。这项工作不仅为感染性伤口的治疗提供了一种有效的抗菌治疗方式，也深入细致的研究了多功能纳米粒子的作用机制，为开发有良好前景的抗菌纳米材料用于对抗耐药性细菌提供了新的思路，并且具有优越的临床应用前景。
以上相关成果发表在Biomacromolecules上。论文的第一作者为四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心博士生胡成，通讯作者为罗日方副研究员和国家生物医学材料工程技术研究中心主任王云兵教授。该研究得到国家自然科学基金的支持。