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《Adv. Mater.》:TRIM‘剪枝’热消融实现精准抗菌
2020-02-22  来源:高分子科技

  致病微生物与宿主细胞之间的斗争对人类的疾病或健康状况起关键作用。全球范围内由于抗生素滥用和耐药病原体的增加,细菌感染仍然是人们健康的主要威胁。为了防止抗生素的不利影响,出现了诸如光热和磁热等热消融疗法的替代策略来抑制细菌感染,但热消融过程中靶部位周围产生的过多热量通常会破坏宿主细胞并延长愈合时间,导致无法正常愈合。近来,新加坡南洋理工大学陈晓东教授、南京医科大学胡本慧教授与美国斯坦福大学Reinhold H. Dauskardt、美国西北大学Teri W. Odom、厦门大学吴云龙、新加坡国立大学Chwee Teck Lim等课题组深度合作,报道了一种基于TRIM(热干扰界面诱导缓解)效应的局部热管理策略,从而热消融疗法赋予‘剪枝’功能:选择性杀灭细菌并最大程度地减少宿主细胞间内聚力(intercellular cohesion)损失,从而实现精确的抗菌治疗。相关成果于2月19日在线发表于《Advanced Materials》

图1:为热消融疗法赋予‘剪枝’功能用以高效选择性抗菌

  研究团队制备的TRIM敷料膜由热响应水凝胶区和机械支撑区按仿生结构微尺度化之后排列组成,并且区域埋覆了光热转化纳米粒子,由此产生的生物界面的动态微形貌可在红外辐射下干扰细菌定植并提升灭菌效率。在以适度的红外辐射强度(70 mW / cm2)进行辐射后,热响应微区会收缩呈现‘微谷’形貌,并将光热转化物质限域在微谷中,从而使热量集中在细菌附近。微区空间分布使宿主细胞的受热保持在安全阈值内,并迫使细菌处于单分散状态进而更有效地被杀灭。在离体的人类表皮组织上的力学生物学(mechanobiology)研究进一步证明,具有关键形貌特征的薄膜可以显著减少红外辐射过程中的细胞间内聚力的损失,这表明了响应型微形貌对热治疗中维持皮肤机械完整性(mechanical integrity)和皮肤屏障功能的贡献。在耐药金黄葡萄球菌感染的小鼠中的在体研究表明,具有 TRIM效应的热响应伤口敷膜可有效降低副作用、消除感染并促进伤口愈合。该研究实现了针对细菌感染的无抗生素治疗,并证明了临床敷料的转化潜力,对抗菌疗法的未来生物界面设计具有启示作用。

图2:生物力学表征验证TRIM效应:热响应微结构显著降低了光热治疗中表皮细胞间内聚力的损失

图3:对耐药菌感染的小鼠进行不同治疗策略的体内评估

  论文链接:Benhui Hu, et al. Thermal‐Disrupting Interface Mitigates Intercellular Cohesion Loss for Accurate Topical Antibacterial Therapy, Adv. Mater., 2020.DOI: 10.1002/adma.201907030

  https://doi.org/10.1002/adma.201907030

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