作者:Wenlong Li et al. 来源:JFB 发布时间:2022/3/30 16:13:21
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厦门大学任磊教授研究团队:多刺激响应性涂层可用于抑制与医疗设备相关的感染 | MDPI JFB

论文标题:Multi-Stimulus Responsive Multilayer Coating for Treatment of Device-Associated Infections(多刺激响应性涂层可用于抑制与医疗设备相关的感染)

期刊:JFB

作者:Wenlong Li et al.

发表时间:28 February 2022

DOI:10.3390/jfb13010024

微信链接:

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg5MzU5MDkwMg==&mid=2247508824&idx=1&sn=

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期刊链接:

https://www.mdpi.com/journal/jfb

原文通讯作者

任磊 教授

厦门大学

厦门大学教授、博士生导师。先后获得天津大学高分子材料专业学士学位、中国协和医科大学生物医学工程专业硕士学位与日本冈山大学物质科学与专攻博士学位,后于新加坡国立大学材料系从事博士后研究。曾任厦门大学材料学院副院长。长期从事纳米生物材料教学与科研工作,研究兴趣包括:基于病毒样颗粒的肿瘤免疫治疗;新型抗菌、防污材料;体外诊断相关的纳米生物技术;仿生微纳米机器人在生物医学中的应用。曾主持多项国家自然科学基金委项目及省部级科研项目,在多个学术刊物上发表研究论文130余篇,已获授权中国发明专利15项。

引言

院内感染是长期困扰住院病人的细菌感染问题,超过50%的院内感染病例与医疗器械有关。即使采用无菌技术,患者皮肤上或空气中的微生物群落也很可能附着于医疗设备,导致设备相关感染 (Device-Associated Infections, DAI)。近日,任磊教授研究团队利用层层自组装技术制备了多刺激响应型多层抗菌涂层 (MMT-PPPB-CHA)n,可用在醋酸纤维素膜、聚丙烯腈膜、聚氯乙烯膜、聚氨酯膜等多种基材上。研究成果以“Multi-Stimulus Responsive Multilayer Coating for Treatment of Device-Associated Infections”为题发表于Journal of Functional Biomaterials (JFB) 期刊 (SCIE收录,2022年中将获得首个影响因子)。

研究介绍

医疗设备表面修饰抗菌涂层是阻止DAI发生的一种有效方法。阳离子抗菌物质 (例如,醋酸氯己定) 作为抗菌涂层的抗菌成分,带有大量可与细菌膜上阴离子位点结合的阳性基团。这种结合会破坏细菌的膜电位并导致不同程度的膜损伤,但这类抗菌涂料也存在明显缺陷:在杀灭细菌的同时,丰富的表面正电荷会导致大量细菌碎片堆积,涂层的抗菌能力很快便会失效;同时,抗菌物质过量释放易导致细菌的耐药性发展。因此,针对医疗器械表面阳离子抗菌涂层的抗菌能力保持问题,如何有效降低毒性和细菌耐药性是相关研究的主要瓶颈与突破点。

近年来,刺激响应型抗菌涂料由于能够减少抗菌物质的过量释放而被广泛关注。这种抗菌涂层可通过响应细菌感染微环境 (例如,pH < 5的弱酸性环境、高肽聚糖含量和高谷胱甘肽含量) 以用于局部给药,可抑制耐药性的发展并达到长效抗菌效果。因此,构建对细菌感染环境敏感的多刺激响应抗菌涂层可作为治疗DAI的良好策略。

然而,大多数涂层对基材具有高度选择性。因此,有必要开发一种能够对各种基材表面进行改性的涂层材料。在这个过程中,需要将抗菌剂和响应性药物输送系统集成到涂层材料中。但是因为基质和小分子之间的结合较弱,导致涂层对抗菌剂的负载率较低,将抗菌剂加载到释放系统中并不容易。层层自组装技术为这个问题提供了解决方案。层层自组装技术是指通过交替沉积聚电解质在带电基板上形成自组装多层膜的技术,可以为释放抗菌剂提供一个受控的载体系统,用于在医疗器械表面构建良好的响应性药物释放机制 (图1-6)。

图1. 多刺激响应多层抗菌涂层 (MMT-PPPB-CHA)n 的制备流程和作用机理示意图。

图2. PBS缓冲液 (pH 6.0)、葡萄糖水溶液 (0.5 mg/mL) 和DTT水溶液 (0.5 mg/mL) 中PPPB的1H-NMR光谱。

图3. (MMT-PPPB-CHA)3涂层的表征。

图4. (MMT-PPPB-CHA)3涂层的体外抗菌性能。

图5. (MMT-PPPB-CHA)3涂层的循环抗菌性能。

图6. (MMT-PPPB-CHA)3涂层的体内抗菌性能。

结论

体外研究中强调了 (MMT-PPPB-CHA)n 涂层的pH值、葡萄糖/DTT响应能力及它的抗菌能力。在pH 6.0、葡萄糖1.0 mg/mL和DTT 1.0 mg/mL的培养基中,涂层表现出极高的杀菌能力 (灭菌率高达 99% 以上)。在实际临床场景中,该涂层有利于解决医疗设备 (如导尿管或外周静脉导管) 连接到人体开放性伤口时发生的细菌感染。体内研究还表明,该涂层可以快速杀死细菌,并在14天内促进伤口愈合,证明该涂层可作为一种无毒且高度杀菌的材料。此外,(MMT-PPPB-CHA)n 涂层可重复使用6次,结合其抗菌能力,能够减少患者因频繁更换敷料而带来的痛苦。

JFB 期刊介绍

主编:Francesco Puoci, Università della Calabria, Italy

领域涵盖生物材料的基础科学和工程学等方面,包括生物材料的制备、性能、应用和在生物体环境中的物理学、化学和生物学特性。重点关注生物材料在牙科、骨科、组织工程、再生药物、药物输送和释放、癌症治疗、健康检测等方面的应用。鼓励领域内学者发表相关实验、理论、模拟、综述等方面的学术文章。

2020 CiteScore:7.3

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