概述：伤口部位的细菌感染很容易引发强烈的炎症。伤口部位的M1巨噬细胞可引起级联炎症反应，从而介导恶性炎症循环。同时，缺氧情况进一步加剧了伤口微环境中血管的破坏和收缩，从而阻碍了感染伤口的愈合过程。在此，作者报道了一种热敏水凝胶通过基于光热效应消除细菌、调节炎症免疫微环境和提供氧气（O2）来解决上述挑战。体外和体内实验证实，水凝胶具有良好的产O2性能。基于AIEgens优异的光热特性，该水凝胶对金黄色葡萄球菌（100%）和大肠杆菌（98.85%）具有良好的杀菌效果。RNA测序显示Cur@AIE@MnO2/凝胶可以干扰代谢过程和遗传物质修复过程，影响细菌增殖和生物膜扩散，从而达到优异的抗菌效果。此外Cur@AIE@MnO2/凝胶还可以上调巨噬细胞中的抗炎基因，下调促炎基因，促进巨噬细胞从M1向M2极化以缓解炎症。治疗实验表明，这种水凝胶加速了伤口愈合过程。因此，这项工作可能为开发新型细菌感染伤口敷料开辟新的途径。
背景：皮肤是人体抵御外部环境有害物质的第一道防线。考虑到皮肤容易受到外部损伤，在日常生活中很容易造成皮肤伤口。来自外部环境的病原体可能入侵伤口部位并定植伤口部位。对皮肤伤口的不正确治疗往往会导致细菌感染伤口和伤口炎症的发展，从而增加患者的痛苦。伤口恢复的过程包括止血、炎症、增殖和重塑。在伤口愈合的早期阶段，促炎M1巨噬细胞是消除细菌的炎症反应的主要介质。然而，未完全清除的细菌和持续释放的活性氧（ROS）会使伤口微环境维持在炎症阶段，直接诱导慢性伤口的形成，这些伤口极难愈合。同时，受损的血管阻碍了局部伤口部位的血液循环，导致内部细胞的氧气（O2）补充不足，延迟了伤口愈合。因此，作者构建一种新的多功能策略，既能消除细菌，又能缓解过度炎症，促进血管生成，对伤口愈合具有重要意义。在此，作者通过姜黄素和AIE@MnO2将NP封装在多交联水凝胶网络中以开发Cur@AIE@MnO2/凝胶（图1A).Cur@AIE@MnO2/凝胶具有注射和热敏能力，可用于填充伤口缺陷和保护伤口免受外部病原体感染。壳聚糖作为一种天然高分子，被广泛用于制备热敏水凝胶。姜黄素具有抗炎、抗氧化和抗感染能力，可触发M1巨噬细胞向M2表型的极化，并调节炎症反应中细胞因子的水平。MnO2 NPs可以催化过氧化氢产生O2。AIEgens具有优异的光热特性，具有抗菌功能。综合起来，获得Cur@AIE@MnO2/凝胶具有抗炎、O2产生和光热效应的多种功能，以缓解过度炎症、促进血管生成和细菌清除（图B）。鉴于上述优势，作者假设Cur@AIE@MnO2/凝胶可以促进从炎症期向增殖期的转变，加速伤口愈合。
图1：Cur@AIE@MnO2/凝胶在皮肤感染抗菌治疗中的应用。A,B:合成Cur@AIE@MnO2/凝胶及其在治疗金黄色葡萄球菌感染的伤口愈合中的应用。
结果和讨论: 作为一种有前景的充氧器，MnO2 NPs是根据先前的手动方案制备的。使用透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）分析MnO2 NPs的形态和尺寸AIE@MnO2NP。TEM图像和DLS显示，MnO2 NP具有平均直径为5nm的球形（图2A）。MnO2 NPs的高分辨率TEM（HR-TEM）图像显示晶格间距为0.24nm。X射线衍射（XRD）光谱显示MnO2 NPs具有非晶结构（图2B）。然后，应用显微镜成像分析了具有过氧化氢（H2O2）底物的MnO2 NPs的O2产生性能，结果表明，O2的产生随着底物浓度的增加而增加AIE@MnO2用DSPE-PEG2000-NH2、AIEgens和MnO2 NPs通过纳米沉淀法制备了NPsAIE@MnO2NPs被表征为具有平均粒径为220 nm的球形形态（图2C）。ζ电位AIE@MnO2NPs为≈-7.8 mV。元素映射图像显示，C、N、P、O和Mn元素在AIE@MnO2NP（图2D）。姜黄素和AIE@MnO2将纳米粒子引入壳聚糖水凝胶网络系统中形成Cur@AIE@MnO2/凝胶，其为细胞粘附和增殖提供支持。扫描电子显微镜（SEM）图像显示水凝胶具有多孔结构和AIE NP或AIE@MnO2分别附着在表面上的NP（图2G）。元素图谱图像显示了C、N、O、P和Mn元素的均匀分布，证实了Cur@AIE@MnO2/凝胶（图2H）。
图2：A） MnO2 NP的粒径分布和插入物代表性TEM图像。比例尺，50纳米。B） MnO2纳米颗粒的XRD。C） 的粒径分布和插入代表性TEM图像AIE@MnO2NP。比例尺，30纳米。D） 的元素映射图像AIE@MnO2NP。比例尺，10纳米。E） AIE NPs的FTIR-ATR光谱和AIE@MnO2NP。F） MnO2 NPs、AIE NPs和AIE@MnO2NP。G） 的SEM图像Cur@AIE/凝胶和Cur@AIE@MnO2/凝胶。比例尺，1μm。H） 中C、N、O、P和Mn的元素图谱Cur@AIE/凝胶和Cur@AIE@MnO2/凝胶。
光热性能：作者对Cur@AIE@对MnO2/凝胶的光热转化效率和光热稳定性进行了探讨。红外热像仪用于监测温度的变化。在808nm激光照射下MnO2/凝胶的光热特性和Cur@AIE@MnO2/凝胶一致，都与它们不断增加的浓度有关（图3A，B）。但是Cur@AIE@MnO2/凝胶显示出比AIE@MnO2溶液更高的热效应。（图3C）。加热和冷却Cur@AIE@MnO2/凝胶得出的曲线表明，在最初的2分钟内观察到快速升温，最终达到71°C（图3F）。
图3：A）AIE@MnO2 NPs溶液和B）Cur@AIE@MnO2/凝胶在808nm激光照射（1.5W cm−2,10分钟）下的加热曲线。C） AIE@MnO2 NPs溶液和Cur@AIE@MnO2/凝胶的加热曲线。D）AIE@MnO2 NPs溶液和E） 在 808 nm 激光照射下 Cur@AIE@MnO2/凝胶 （1.5 W cm−2， 10 min）。F） 辐照后Cur@AIE@MnO2/凝胶的温度变化。
Cur@AIE@MnO2/凝胶的体外抗菌性能：采用平板计数法研究了水凝胶的抗菌性能。将金黄色葡萄球菌（金黄色葡萄菌，革兰氏阳性）和大肠杆菌（大肠杆菌，革兰氏阴性）暴露于808nm辐射下10分钟（图4A）。定量计算不同浓度组的菌落以评估抗菌活性。得益于有利的光热能力，Cur@AIE@MnO2/凝胶在近红外激光照射下显示出明显高于对照组的杀菌活性。如图4B所示，随着Cur@AIE@MnO2/凝胶的浓度增大，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的细菌存活率显著降低。Cur@AIE@MnO2/凝胶的抗微生物活性对抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌分别达到98.85%和100%。破坏生物膜内的细菌对促进伤口愈合非常重要，因为生物膜的形成会阻止药物有效地输送到伤口。因此，为了研究对生物膜深处细菌的杀灭作用，使用3D共聚焦激光显微镜（CLSM）通过SYTO9和PI染料检测生物膜厚度的变化来观察生物膜损伤（图4D，E）。分别用绿色荧光SYTO9染料和红色荧光PI染料对活菌和死菌进行染色。所获得的结果证明了Cur@AIE@MnO2/凝胶的深层杀菌。在808nm激光照射10分钟后，生物膜被显著消除，浓度为300μg mL−1的细菌生物膜被完全消除。这些结果表明Cur@AIE@MnO2/凝胶是一种很有前途的抗生物膜剂。
图4：A） 菌落和 B） 在近红外激光照射下不同浓度的 Cur@AIE@MnO2/凝胶处理后大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的存活率。C） 在近红外激光照射下用各种孵育对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行 PI 染色。比例尺，20μm。在近红外激光照射下 D） 大肠杆菌和 E） 金黄色葡萄球菌的 SYTO9 和 PI 染色生物膜的 3D 重建。（活菌：绿色荧光，死菌：红色荧光）。
结果讨论：利用平台的近红外响应性给药特性和AIE优异的光热特性Cur@AIE@MnO2/凝胶在近红外激光照射下诱导PTT消除细菌和生物膜。通过结合姜黄素的有效抗炎作用，Cur@AIE@MnO2/凝胶具有促进炎症伤口愈合的抗炎作用。体外和体内实验表明Cur@AIE@MnO2/凝胶可以消除致病菌，减少局部氧化应激和炎症，并通过持续释放O2促进血管生成，引发胶原沉积，从而加速伤口修复和组织再生。
原文链接/doi：DOI: 10.1002/adfm.202312374
来源：冯Group
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