一、研究背景
严重的病原感染和长期的炎症会导致愈合停滞慢性的伤口，给患者带来严重的痛苦。从人口统计学上看，慢性伤口患者的数量正在达到流行病的规模，并且在未来几年对人类健康和经济损失而言将变得更加沉重。目前受到广泛研究的光响应抗菌疗法侧重于生物材料固有的杀菌功能，其有限的组织渗透、对外部能量供应的依赖以及缺乏传染性微环境 (IME) 响应能力阻碍了光响应抗菌的临床转化。所以，迫切需要开发一种非抗生素伤口敷料，可通过响应慢性伤口微环境进行高校的自适应抗菌并加速慢性伤口皮肤再生。
二、文章简介
近日，四川大学化学工程学院邓怡团队联合华西口腔医院梁坤能团队联合开发了一种 IME 激活的促进伤口愈合的纳米催化伤口敷料，它由电纺PLGA膜、MXene/Ag2S（MX/AS）生物异质结（bio-HJs）和乳酸氧化酶LOx组成(P-MX/AS@LOx)。在这一智能系统中，PLGA在感染为环境作用下降解为乳酸，而LOx消耗乳酸原位产生大量的H2O2。然后在近红外光照下，膜中的MX/AS bio-HJs不仅通过类芬顿反应产生·OH增强化学动力学抗菌，而且还表现出协同的光热/光动力/金属离子抗菌模式。此外，纳米催化膜还表现出优异的生物相容性，将病理慢性病理微环境重塑为可再生的微环境，促进止血、胶原沉积和血管生成并减少炎症因子。相关工作以“Infection Micromilieu-Activated Nanocatalytic Membrane for Orchestrating Rapid Sterilization and Stalled Chronic Wound Regeneration” 为题发表在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》上。四川大学化工学院科研助理周雄和四川大学华西口腔医学院硕士生汪子又为文章共同第一作者，邓怡副研究员和梁坤能副教授为共同通讯作者。
图1. P-MX/AS@LOx膜的制备及其抗菌和感染伤口修复作用示意图。
三、研究内容
作者采用氢氟酸（HF）刻蚀MAX相陶瓷Ti3AlC2中的Al层后以制备MXene相材料Ti3C2，并采用自电驱动自组装策略制备了MXene/Ag2S异质结。通过FE-SEM、高分辨TEM、XRD、拉曼光谱等证明了MXene/Ag2S异质结的成功合成。MXene 基材的二维 (2D) 表面为 Ag2S 的结合提供了丰富的结合位点，有助于光动力效率的提升。
图2. MXene/Ag2S异质结的形貌结构表征
通过一系列抗菌试验与抗生物膜实验，作者验证了P-MX/AS@LOx膜有良好的抗菌作用与生物膜消除效果，并提出了CDT/PDT/PTT/MIT在PLGA-MX/AS@LOx膜中的协同杀菌机理。对于 CDT治疗，AgNPs和Ag+之间的转化起着重要作用。首先，PDA通过儿茶酚金属化将膜释放的Ag+还原为AgNPs，然后AgNPs在酸性环境下通过类似芬顿的氧化反应将H2O2转化为·OH。在杀灭细菌的过程中，首先，近红外热诱导的热疗会迅速对细菌的细胞壁造成伤害，破坏细胞膜的完整性。在此基础上，PDT和CDT产生的大量ROS（1O2, ·O2-, ·OH）可以很容易地穿透细菌细胞膜。这些细胞内ROS还会导致细菌细胞膜的脂质过氧化，并引起细胞内蛋白质和双链DNA的损伤，病通过将GSH氧化为 GSSH 来瓦解细菌的抗氧化防御系统。对于MIT治疗，AgNPs倾向于在细菌膜上积累，这会在细菌膜上产生凹坑和间隙。此外，作为银离子库，AgNPs可以在周围环境中持续释放Ag+，其中Ag+将与位于细菌细胞壁中的带负电荷的化合物相互作用，并改变细胞壁的典型负电荷，使其变得更具渗透性，从而导致生物大分子失活和膜穿孔导致细胞质泄漏。
图3. P-MX/AS@LOx抗菌作用表征
为了验证纳米催化膜促进伤口愈合的效果，作者设计了如下图所示的动物实验，将小鼠饲养至合适状态后利用其进行感染性皮肤伤口建模，随后对其进行光治疗，在后续时间段中观察其伤口恢复状况并记录其他相关信息。可以看出在进行光治疗后，伤口组织液中的细菌数量显著降低，可有效杀灭细菌，加快伤口皮肤愈合。
图4. 感染伤口愈合评估及体内抗菌试验
四、 结论
作者成功制备了新型IME激活的纳米催化膜，以协调快速杀灭细菌并恢复感染引起的慢性皮肤伤口。与之前报道的CDT和光疗杀菌研究相比，P-MX/AS@LOx膜利用IME中的酸，通过酶和纳米催化颗粒无需人工添加H2O2即可实现CDT。此外，MX/AS bio-HJs可以在NIR光下同时表现出PTT和PDT，Ag+还提供持续的抗菌能力。此外，P-MX/AS@LOx膜还表现出优异的生物相容性，将病理慢性病理微环境重塑为可再生的微环境，促进止血、胶原沉积和血管生成并减少炎症因子。因此，这项工作有助于设计具有纳米催化活性的IME响应膜，以有效治疗病原体引起的慢性厚度全皮肤伤口。