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抗菌水凝胶可治愈耐药菌烧伤感染!西工大等研制新型伤口敷料

发布时间:2019/09/18 点击量:

近日,西北工业大学黄维院士团队李鹏教授课题组与浙江大学医学院附属第二医院烧伤科韩春茂教授课题组合作开发了基于抗菌肽(ε多聚赖氨酸)和儿茶酚的新型抗感染敷料。


此外,该水凝胶还具有抵抗生物被膜形成、良好该敷料为一种水凝胶,通过贻贝仿生化学,利用价格低廉的儿茶酚和具有广谱抗菌效果ε多聚赖氨酸的在碱性条件下(pH=8.6)发生迈克尔加成和席夫式碱反应一步法简便制备了具有优良抗菌效果的水凝胶敷料。


的生物相容性等优点,并且在小鼠烧伤感染模型阻止了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和耐多药鲍曼不动杆菌(MRAB)的感染,在大鼠皮肤缺损模型中促进了伤口的愈合,展现了其作为伤口敷料的临床应用前景(如图1所示)。相关成果近期发表在 ACS Applied Bio Materials和Bioscience Reports 上。


抗菌水凝胶可治愈耐药菌烧伤感染!西工大等研制新型伤口敷料

抗菌水凝胶可治愈耐药菌烧伤感染!西工大等研制新型伤口敷料

图1.利用贻贝仿生化学制备抗菌水凝胶敷料及其功能示意图


通过设置不同的ε多聚赖氨酸浓度(10mM,20mM,30mM),研究人员制备了一系列经过具有不同抗菌功能的水凝胶敷料。实验表明,所有水凝胶具有优良的体外接触杀菌性能,对于ε多聚赖氨酸含量最高的水凝胶(CT/EPL30)能够在与细菌共同孵育4小时之后就能杀死99.9%以上的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和耐多药鲍曼不动杆菌(MRAB)。因此研究人员选择了抗菌性能最优的CT/EPL30水凝胶进行一系列的生物学研究。同时CT/EPL30水凝胶也能有效的抑制耐甲氧西林金黄色葡萄球菌生物被膜的形成,利用三维共聚焦显微镜观察可知,相比于CT/EPL30水凝胶组,对照组上面的细菌大量滋生形成了生物被膜(图2)。


抗菌水凝胶可治愈耐药菌烧伤感染!西工大等研制新型伤口敷料

图2. CT/EPL30水凝胶抵抗生物被膜形成的效果,对照组(a,c,e),水凝胶处理组(b,d,f)。


除了优良的体外抗菌和抵抗生物被膜的活性,CT/EPL30水凝胶还具有优良的体外生物相容性。同时利用小鼠烧伤感染模型研究可知,该水凝胶能够有效减少空白对照组中99.9%以上的细菌(图3a-b),并且通过H&E病理切片可知,相比于CT/EPL30水凝胶组,空白对照组和PEGDA组出现了大面积的炎性细胞浸润(黑色箭头),说明该水凝胶能够有效的控制烧伤感染(图3c)。与此同时,CT/EPL30水凝胶还能抑制烧伤皮肤上生物被膜的形成(图3d)。


抗菌水凝胶可治愈耐药菌烧伤感染!西工大等研制新型伤口敷料

图3. 小鼠烧伤感染模型(a),小鼠烧伤感染治疗之后在第1天和第3天皮肤中的细菌数量分析(b),小鼠烧伤感染治疗之后在第1天和第3天皮肤病理切片(H&E)分析,小鼠烧伤感染治疗3天之后的扫描电子显微镜观察图(*p < 0.1, **p < 0.01)。


另外在本研究中,研究人员还通过大鼠皮肤破损模型评估了水凝胶促伤口愈合的功能,相比于两个对照组(saline和PEGDA),CT/EPL30具有更优良的促组织修复能力(如图4所示):在第3天,所有组的伤口面积都在减少,然而相比于对照组(saline和PEGDA)的伤口闭合率(45%-50%),CT/EPL30水凝胶的伤口闭合率达到了75%,显著高于两个对照组(P< 0.01);在第6天,CT/EPL30水凝胶组的伤口闭合率(94%)仍显著高于两个对照组(P< 0.05);在第10天,CT/EPL30水凝胶处理的伤口基本上达到了完全愈合状态。研究人员进一步通过病理H&E组织切片验证了CT/EPL30水凝胶促伤口愈合的功能。并免疫组化和免疫荧光分析,研究人员发现该水凝胶通过降低伤口的炎症以及上调表达伤口处的血管内皮生长因子来促进伤口的愈合。


抗菌水凝胶可治愈耐药菌烧伤感染!西工大等研制新型伤口敷料

图4. 伤口愈合过程中saline,PEGDA水凝胶和CT/EPL30水凝胶组的伤口闭合率(a),伤口愈合过程中伤口在0,3,6和10天的图片(b)(*p< 0.1, **p < 0.01)。


南京工业大学硕士研究生徐淼和浙江大学医学院附属第二医院博士研究生Abidullah Khan为论文的共同第一作者。该研究得到了该研究得到国家重点研发计划(2018YFC1105402和2017YFA0207202)、国家自然科学基金(21875189)、江苏省重点研发计划(BE2017740)等基金的资助。


研究背景


烧伤和创伤等伤口常常容易遭受细菌的污染并导致感染,从而引起败血症、急性肾衰竭和其他感染相关的并发症。耐药性细菌的出现进一步加剧了它们的威胁,耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和耐多药鲍曼不动杆菌(MRAB)是院内最为常见的耐药性病原菌,常常会引起严重的伤口感染。生物被膜(Biofilm)在伤口处的形成则会进一步增强病菌对抗生素耐受性、阻碍有效的治疗,同时生物被膜会引发过度且持续的炎症从而抑制伤口的愈合,这也是慢性不愈合伤口形成的主要原因之一。到目前为止,超过2%的美国人口深受慢性不愈合伤口的困扰,每年大约花费200亿美元用于治疗伤口感染。


关于水凝胶


水凝胶(Hydrogel)是一类极为亲水的三维网络结构凝胶,它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。