Advanced Healthcare Materials:热致变色水凝胶助力耐药菌感染伤口的快速愈合

皮肤伤口在愈合过程中极易受到外界细菌的感染,一旦发生感染将大大降低愈合速度。然而, 由于抗生素的广泛滥用,以“耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)”为代表的多重耐药细菌的伤口感染变得更为普遍,已成为临床伤口治疗的一大挑战。因此,亟需开发新型的抗菌材料和抗菌手段,以应对日益严重的耐药菌感染的临床难题。

碘伏,即单质碘与聚乙烯吡咯烷酮的络合物,是临床上广泛使用的一种广谱抗菌消毒剂,可有效杀灭包括MRSA在内的多种细菌,不易产生耐药性。然而,碘伏具有一定的刺激性且持续时间短,处理伤口时需反复多次涂抹,可能会对正常组织造成刺激损伤,进而延缓伤口的愈合。近年来,抗菌水凝胶由于具有长时间维持创面湿度、透气性好以及吸收组织渗出液等优点,已被广泛探究用于感染伤口的愈合。然而,目前临床应用的抗菌辅料主要是通过将Ag+等抗菌组分直接包埋到卡波姆等水凝胶基质当中,这样获得的抗菌水凝胶往往功能单一、缺乏响应释放特性,难以满足现代临床个体化治疗需求。

针对上述问题,合肥工业大学食品与生物工程学院查正宝教授和缪昭华副教授等报道了一种基于聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)和碘单质络合作用形成的强效抗菌智能水凝胶,巧妙利用络合物的光热效应和热致变色特性,实现了在安全皮肤温度(45oC)下对MRSA感染伤口的加速愈合。

在该项研究过程中,查正宝团队通过混合聚乙烯醇、硼酸/硼砂和KI/I2获得了蓝色的PAI(polyvinyl alcohol-iodine)水凝胶,并首次发现其具有光热效应、热致变色特性和光照液化特性,实现了碘的光控响应智能释放。体外抗菌实验表明较低浓度的PAI水凝胶即可分别将大肠杆菌和MRSA的相对细菌活力降为8%和3.8%。进一步的体内伤口愈合实验则表明,MRSA感染的皮肤开放性伤口在涂抹PAI水凝胶之后,可在5天之内基本愈合,且愈合速度可通过激光光照处理进一步加快。更为重要的,由于PAI的热致变色特性,激光处理过程中,皮肤表面温度几乎会一直维持在45oC以下,避免了高温对周围正常皮肤组织的损伤,克服了传统光热治疗升温不易控制的难点。此外,裸鼠的皮肤刺激实验和血生化指标监测表明PAI具有良好的生物相容性,适合生物医用。该项研究提出PAI水凝胶有望成为新一代的碘基抗菌辅料,用于耐药菌感染伤口的高效治疗。

合肥工业大学缪昭华副教授和孙雁斌为论文共同第一作者,合肥工业大学查正宝教授为论文通讯作者。该论文得到了国家自然科学基金项目和安徽省高校协同创新项目等项目的支持。

论文信息:

Thermochromic Polyvinyl Alcohol-Iodine Hydrogels with Safe Threshold Temperature for Infectious Wound Healing

Zhaohua Miao,# Yanbin Sun,# Zhenchao Tao, Yu Chen, Yan Ma, Dongdong Zhu, Xiang Huang, Zhengbao Zha*

Advanced Healthcare Materials

DOI: 10.1002/adhm.202100722

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202100722

Advanced Healthcare Materials

该刊创立前为Advanced Materials一部分,2012年后独立成刊。期刊发表有关提升人类健康的材料、器件、技术等最新研究成果,具有国际化的交叉学科影响力。最新影响因子为9.933。