Biomaterials: 纳米银片密封剂在糖尿病、肥胖小鼠皮肤修复和感染控制中的应用
来源：生物谷原创 2024-07-27 09:41
该研究表明基于纳米银片的激光激活密封剂(agnr-lase)在糖尿病和肥胖小鼠中表现出更平衡的组织密封和修复质量，可用于对抗局部感染。
伤口愈合是一个复杂的过程，在健康个体中，其特征是止血，炎症，增殖和重塑。止血的特点是血小板在损伤部位聚集，导致血栓和凝块形成。止血后的血管扩张允许免疫细胞涌入损伤部位，这是炎症期的标志。在愈合-增殖和重塑的后期，成纤维细胞迅速增殖并沉积胶原基质，最终导致伤口愈合，生物力学强度恢复，皮肤屏障功能恢复。
全世界约有3.5亿人患有糖尿病，其中近25%的患者出现缓慢愈合、难以愈合或难以治愈的慢性伤口，主要发生在下肢或足部。糖尿病和肥胖被认为是手术部位感染(SSI)的最高危险因素，尤其是糖尿病被认为是SSI的最大独立危险因素。大约23%的感染溃疡中分离出金黄色葡萄球菌，它是导致ssi的主要病原体，包括糖尿病患者。
缝合线和订书钉通常用于近似和闭合切口和小面积伤口，材料和工艺创新提高了机械强度和无菌性，同时基本上保持了这些常见近似装置的基本工作机制。虽然缝合线和订书钉接近相邻组织边缘，但不连续的密封以及伤口周围表面和不均匀的张力分布可能导致广泛的疤痕，这可能导致“铁路”疤痕的形成。此外，缝合线也容易感染，不与组织结合，并且根据部位的不同，需要随后拆除。
黏合剂通过离子相互作用、范德华相互作用和/或化学偶联与组织发生物理相互作用，从而产生强的生物材料-组织黏附。然而，这些胶水仅用于表面使用，一些配方会导致头颈部手术患者的接触性皮炎和伤口裂开，这就需要开发更有效的替代品。
激光激活密封是一种促进快速组织逼近、密封和修复的强大方法，研究者已经开发了激光激活密封剂(LASE)来提高这种方法的功效。LASE由嵌入在生物材料基质中的光热转换器(即光吸收染料或纳米颗粒)组成，照射后，LASE将入射激光能量转化为热量，从而提高局部温度，从而引起组织蛋白和LASE的结构变化。
退火后，LASE大分子被认为与组织蛋白相互作用，导致组织快速液密密封。LASE密封的其他优点包括整个损伤部位的低且均匀的菌株，以及能够提供生物活性物质，包括对抗手术部位感染的抗生素。针对健康、糖尿病和肥胖个体的有效lasas的生物工程对于手术近似和封闭后皮肤和软组织的成功愈合至关重要。
图片来源：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122668
近日，来自美国亚利桑那州立大学的研究者们在Biomaterials杂志上发表了题为“Skin repair and infection control in diabetic, obese mice using bioactive laser-activated sealants”的文章，该研究表明基于纳米银片的激光激活密封剂(agnr-lase)在糖尿病和肥胖小鼠中表现出更平衡的组织密封和修复质量，可用于对抗局部感染。
传统的伤口近似装置，包括缝合线、订书钉和胶水，被广泛使用，但这些方法会加剧伤口裂开、局部感染和瘢痕形成的风险，包括糖尿病和肥胖患者。本研究报道了使用含有氯化铜盐(Cu-LASE)或纳米银片(agnr-lase)的丝素基激光激活密封剂(lase)吸收并将近红外(NIR)激光能量转化为热量，对全层切口皮肤伤口进行光热密封后组织修复的效果和质量。
研究者在健康、免疫缺陷、糖尿病和肥胖小鼠中应用LASE可快速有效地闭合皮肤。虽然在糖尿病、肥胖小鼠中，与缝合和cu-LASE相比，AgNPr-LASE缝合对表皮结构和功能的恢复较低，可能是由于激光引起的高温和伤口空间中存在这种材料，但这种方法对皮肤生物力学强度的恢复有更高的增强。组织学和免疫组织化学分析显示，与Cu-LASEs和缝线相比，agnr-lases导致中性粒细胞向伤口的迁移显著降低，表明炎症反应更温和。Cu-LASEs导致局部组织毒性，可能是因为铜离子的作用，表现为明显的表皮间隙和“耗竭区”，这是一个缺乏活细胞的区域，靠近伤口。
本研究中使用的光热转换器(铜盐或银纳米片)、蚕丝和万古霉素(抗生素药物)的剂量
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与缝合相比，在愈合后期，激光介导的封闭导致血管生成增加，肌成纤维细胞激活减少，这可能表明瘢痕减少。在糖尿病和肥胖小鼠的病原体攻击模型中，负载万古霉素的agnr-lase显著降低了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的载量，与抗菌缝合线相比，还减少了感染后组织的炎症。
agnr-van-lase在db/db小鼠体内的抗mrsa活性
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综上所述，本研究表明，激光激活的密封剂，特别是agnr - lase，能够有效地密封四种不同品种的小鼠的切口伤口，包括糖尿病和肥胖小鼠(db/db)。agnr-lase缝合是一种很有前途的方法，与缝合相比，它可以促进皮肤闭合，同时提高修复质量，并且可以作为多功能生物活性装置用于具有潜在疾病的个体。(生物谷 Bioon.com）
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