Biomaterials: 納米銀片密封劑在糖尿病、肥胖小鼠皮膚修復(fù)和感染控制中的應(yīng)用

傷口愈合是一個(gè)復(fù)雜的過程，在健康個(gè)體中，其特征是止血，炎癥，增殖和重塑。止血的特點(diǎn)是血小板在損傷部位聚集，導(dǎo)致血栓和凝塊形成。止血后的血管擴(kuò)張?jiān)试S免疫細(xì)胞涌入損傷部位，這是炎癥期的標(biāo)志。在愈合-增殖和重塑的后期，成纖維細(xì)胞迅速增殖并沉積膠原基質(zhì)，最終導(dǎo)致傷口愈合，生物力學(xué)強(qiáng)度恢復(fù)，皮膚屏障功能恢復(fù)。

全世界約有3.5億人患有糖尿病，其中近25%的患者出現(xiàn)緩慢愈合、難以愈合或難以治愈的慢性傷口，主要發(fā)生在下肢或足部。糖尿病和肥胖被認(rèn)為是手術(shù)部位感染(SSI)的最高危險(xiǎn)因素，尤其是糖尿病被認(rèn)為是SSI的最大獨(dú)立危險(xiǎn)因素。大約23%的感染潰瘍中分離出金黃色葡萄球菌，它是導(dǎo)致ssi的主要病原體，包括糖尿病患者。

縫合線和訂書釘通常用于近似和閉合切口和小面積傷口，材料和工藝創(chuàng)新提高了機(jī)械強(qiáng)度和無(wú)菌性，同時(shí)基本上保持了這些常見近似裝置的基本工作機(jī)制。雖然縫合線和訂書釘接近相鄰組織邊緣，但不連續(xù)的密封以及傷口周圍表面和不均勻的張力分布可能導(dǎo)致廣泛的疤痕，這可能導(dǎo)致“鐵路”疤痕的形成。此外，縫合線也容易感染，不與組織結(jié)合，并且根據(jù)部位的不同，需要隨后拆除。

黏合劑通過離子相互作用、范德華相互作用和/或化學(xué)偶聯(lián)與組織發(fā)生物理相互作用，從而產(chǎn)生強(qiáng)的生物材料-組織黏附。然而，這些膠水僅用于表面使用，一些配方會(huì)導(dǎo)致頭頸部手術(shù)患者的接觸性皮炎和傷口裂開，這就需要開發(fā)更有效的替代品。

激光激活密封是一種促進(jìn)快速組織逼近、密封和修復(fù)的強(qiáng)大方法，研究者已經(jīng)開發(fā)了激光激活密封劑(LASE)來提高這種方法的功效。LASE由嵌入在生物材料基質(zhì)中的光熱轉(zhuǎn)換器(即光吸收染料或納米顆粒)組成，照射后，LASE將入射激光能量轉(zhuǎn)化為熱量，從而提高局部溫度，從而引起組織蛋白和LASE的結(jié)構(gòu)變化。

退火后，LASE大分子被認(rèn)為與組織蛋白相互作用，導(dǎo)致組織快速液密密封。LASE密封的其他優(yōu)點(diǎn)包括整個(gè)損傷部位的低且均勻的菌株，以及能夠提供生物活性物質(zhì)，包括對(duì)抗手術(shù)部位感染的抗生素。針對(duì)健康、糖尿病和肥胖個(gè)體的有效lasas的生物工程對(duì)于手術(shù)近似和封閉后皮膚和軟組織的成功愈合至關(guān)重要。

圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122668

近日，來自美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的研究者們?cè)贐iomaterials雜志上發(fā)表了題為“Skin repair and infection control in diabetic, obese mice using bioactive laser-activated sealants”的文章，該研究表明基于納米銀片的激光激活密封劑(agnr-lase)在糖尿病和肥胖小鼠中表現(xiàn)出更平衡的組織密封和修復(fù)質(zhì)量，可用于對(duì)抗局部感染。

傳統(tǒng)的傷口近似裝置，包括縫合線、訂書釘和膠水，被廣泛使用，但這些方法會(huì)加劇傷口裂開、局部感染和瘢痕形成的風(fēng)險(xiǎn)，包括糖尿病和肥胖患者。本研究報(bào)道了使用含有氯化銅鹽(Cu-LASE)或納米銀片(agnr-lase)的絲素基激光激活密封劑(lase)吸收并將近紅外(NIR)激光能量轉(zhuǎn)化為熱量，對(duì)全層切口皮膚傷口進(jìn)行光熱密封后組織修復(fù)的效果和質(zhì)量。

研究者在健康、免疫缺陷、糖尿病和肥胖小鼠中應(yīng)用LASE可快速有效地閉合皮膚。雖然在糖尿病、肥胖小鼠中，與縫合和cu-LASE相比，AgNPr-LASE縫合對(duì)表皮結(jié)構(gòu)和功能的恢復(fù)較低，可能是由于激光引起的高溫和傷口空間中存在這種材料，但這種方法對(duì)皮膚生物力學(xué)強(qiáng)度的恢復(fù)有更高的增強(qiáng)。組織學(xué)和免疫組織化學(xué)分析顯示，與Cu-LASEs和縫線相比，agnr-lases導(dǎo)致中性粒細(xì)胞向傷口的遷移顯著降低，表明炎癥反應(yīng)更溫和。Cu-LASEs導(dǎo)致局部組織毒性，可能是因?yàn)殂~離子的作用，表現(xiàn)為明顯的表皮間隙和“耗竭區(qū)”，這是一個(gè)缺乏活細(xì)胞的區(qū)域，靠近傷口。

本研究中使用的光熱轉(zhuǎn)換器(銅鹽或銀納米片)、蠶絲和萬(wàn)古霉素(抗生素藥物)的劑量

圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122668   

與縫合相比，在愈合后期，激光介導(dǎo)的封閉導(dǎo)致血管生成增加，肌成纖維細(xì)胞激活減少，這可能表明瘢痕減少。在糖尿病和肥胖小鼠的病原體攻擊模型中，負(fù)載萬(wàn)古霉素的agnr-lase顯著降低了耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)的載量，與抗菌縫合線相比，還減少了感染后組織的炎癥。

agnr-van-lase在db/db小鼠體內(nèi)的抗mrsa活性

圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122668

綜上所述，本研究表明，激光激活的密封劑，特別是agnr - lase，能夠有效地密封四種不同品種的小鼠的切口傷口，包括糖尿病和肥胖小鼠(db/db)。agnr-lase縫合是一種很有前途的方法，與縫合相比，它可以促進(jìn)皮膚閉合，同時(shí)提高修復(fù)質(zhì)量，并且可以作為多功能生物活性裝置用于具有潛在疾病的個(gè)體。