研究背景:
MRSA(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)相关的骨骼和软组织感染仍然是临床上的重大难题,由于抗生素耐药性、生物膜形成和病理性缺氧,治疗选择有限。光热疗法(PTT)作为一种非抗生素策略受到广泛关注,但单独使用PTT在复杂感染微环境中仍有限制。气体疗法是一种新兴策略,利用生物活性气体分子调节病理微环境。一氧化氮(NO)具有抗菌活性,能有效穿透生物膜基质;氧气(O₂)补充在骨和软组织再生中发挥关键作用。然而,将光热治疗与气体治疗相结合,实现协同抗菌并促进组织修复,仍面临高效递送至感染部位的挑战。
针对上述问题,武汉大学中南医院喻爱喜、顾惠云、赵勇团队开发了一种预激活巨噬细胞膜囊泡(MPMMVs)工程化的蛋黄-壳纳米平台(BMP@M),用于MRSA感染骨和软组织再生的双靶向温和光热触发级联气体治疗。BMP@M具有聚多巴胺(PDA)光热蛋黄和负载NO供体(BNN6)的介孔MnO₂壳,能够在近红外(NIR)照射下实现空间分离的热生成和级联NO释放。预激活的巨噬细胞膜囊泡赋予BMP@M对MRSA的特异性靶向和感染病灶靶向能力。该纳米平台嵌入壳聚糖水凝胶(BMP@M/C)后,可在感染部位原位注射并迅速固化,实现抗菌、抗炎、成骨和血管生成的协同治疗效果。该文章于2026年7月7日以《Preactivated macrophage membrane vesicle–engineered yolk–shell nanoplatform for dual–targeted mild photothermal–triggered cascade gas therapy in MRSA-infected bone and soft tissue regeneration》为题发表于《Biomaterials》(DOI:10.1016/j.biomaterials.2026.124416)。
方案1.工程化蛋黄-壳纳米平台实现感染组织再生中MRSA精准根除的时空协调双气体治疗示意图。(A) BMP@M NPs和BMP@M/C水凝胶的制备。MP:MnO₂-PDA;BMP:BNN6@MnO₂-PDA;MSMVs:MRSA MVs;MPM:MSMVs预激活巨噬细胞;MPMMVs:MSMVs预激活巨噬细胞MVs;BMP@M:BMP@MPMMVs;BMP@M/C:BMP@M/壳聚糖。(B) 感染伤口和慢性骨髓炎模型的建立,以及BMP@M/C水凝胶的原位形成治疗。(C) BMP@M/C顺利获得释放NO和O₂实现抗菌、抗氧化、免疫调节、血管生成和成骨作用的机制。
(1)金黄色葡萄球菌感染巨噬细胞中TLR2激活的转录组分析
为研究巨噬细胞对金黄色葡萄球菌感染的分子机制,该团队从GEO数据库获取并分析了转录组数据(GSE13670)。差异表达分析显示,在感染后8h、24h和48h分别鉴定出1144、1325和668个差异表达基因(DEGs)(图1A-C)。KEGG通路富集分析表明,这些基因主要富集在免疫和炎症信号通路、细胞因子相关通路和病原体识别通路中,Toll样受体信号通路在三个时间点均被富集(图1D-F)。Venn图显示225个基因在三个时间点共同差异表达(图1G),GO富集分析表明这些基因主要参与炎症反应、免疫调节、细胞因子产生和病原体识别相关生物学过程(图1H)。PPI网络揭示了广泛的相互作用和相互连接的调控模块(图1I)。GSEA分析显示Toll样受体信号通路在金黄色葡萄球菌感染巨噬细胞中显著上调(图1J)。此外,TLR2在感染后三个时间点的表达均升高(图1K),qRT-PCR和Western blot验证表明MSMVs预激活后巨噬细胞中TLR2 mRNA和蛋白水平显著上调,而其他TLR家族成员无显著变化(图1L-M),证实TLR2是MSMVs预激活巨噬细胞反应的关键调控分子。
图1.转录组分析鉴定TLR2为巨噬细胞对金黄色葡萄球菌相关感染反应的关键调控因子。(A,B,C) 金黄色葡萄球菌感染与对照人源巨噬细胞在8h、24h和48h的DEGs火山图。红点表示上调基因,蓝点表示下调基因。(D,E,F) 8h、24h和48h基因的KEGG通路富集分析。(G) 显示三个时间点DEGs重叠的Venn图。(H) 225个重叠基因的GO富集分析。(I) 基于225个共享DEGs构建的PPI网络。(J) 金黄色葡萄球菌感染巨噬细胞中Toll样受体信号通路的GSEA分析。(K) 金黄色葡萄球菌感染后8h、24h和48h BMDMs中TLR2的差异表达。(L) MSMVs预激活后24h巨噬细胞中TLR1、TLR2、TLR3、TLR4、TLR5、TLR6和TLR7的相对mRNA表达。(M) MSMVs预激活后24h巨噬细胞中TLR2蛋白表达的Western blot图像。数据以平均值±SD表示,n ≥ 3;P < 0.05,P < 0.01,P < 0.001,****P < 0.0001。
(2)BMP@M NPs的合成与表征 基于MSMVs赋予巨噬细胞TLR2介导细菌识别的能力,该团队分离MPMMVs构建了BMP@M NPs。制备过程包括:MnO₂、PDA和NO供体BNN6组合形成BMP,然后用MPMMVs包封得到最终BMP@M NPs(图2A)。TEM图像清晰显示了三种NPs的形态特征:MnO₂ NPs呈中空球形结构;MP NPs呈蛋黄-壳结构,PDA被限制在中空MnO₂基质内;BMP@M NPs表面有薄膜结构,同时保留了原始蛋黄-壳特征,证实了MPMMVs在BMP表面的成功包封(图2B-C)。元素分布图清楚展示了BMP@M NPs中C、N、O、P、S和Mn关键元素的空间分布(图2D)。SDS-PAGE分析显示膜囊泡蛋白保留了完整的蛋白谱(图2E)。Western blot显示纯BMP NPs未检测到TLR2,而BMP@M NPs(MPMMVs包封)TLR2表达明显升高(图2F),表明MSMVs预激活赋予MPMMVs细菌识别能力。水合粒径分析表明膜囊泡包覆过程未显著改变核心纳米粒子的尺寸(图2G)。UV光谱显示BMP@M NPs在250-350nm范围内具有BNN6的特征吸收峰(图2H)。Zeta电位从MnO₂的-19.03±0.63mV逐步变为BMP@M的-30.54±0.20mV(图2I),证实巨噬细胞膜囊泡的有效覆盖。BMP@M在100μM H₂O₂条件下表现出浓度依赖性的O₂释放能力,高浓度组(1000μM)在5min内迅速释放约15mg mL⁻¹ O₂(图2J)。NO释放曲线显示,无NIR照射时BMP@M仅释放微量NO,NIR照射后NO释放显著增加(图2K),表明BNN6具有良好的光控NO释放特性。 图2. BMP@M NPs的表征。(A) BMP@M NPs合成示意图。(B,C) MnO₂、MP、BMP和BMP@M NPs的SEM图像。比例尺:100 nm。(D) BMP@M NPs元素mapping的合并图像和拆分图像。比例尺:100 nm。(E) MSMVs、MMVs、MPMMVs和BMP@M NPs的SDS-PAGE分析。(F) BMDMs经BMP、BMP@M′和BMP@M NPs处理后TLR2蛋白表达的Western blot图像。BMP@M′ NPs:MMVs包封的BMP;BMP@M NPs:MPMMVs包封的BMP。(G,H,I) MnO₂、MP、BMP和BMP@M NPs的水合粒径、UV-vis光谱和Zeta电位。(J) 不同H₂O₂浓度下BMP@M NPs的O₂释放曲线。(K) 有或无NIR照射时BNN6的NO释放曲线。数据以平均值±SD表示,n = 3;P < 0.01,*P < 0.001。 (3)BMP@M NPs的光热效应及BMP@M/C水凝胶的制备 该团队研究了BMP@M NPs在NIR照射下的光热转换性能。在808nm NIR照射(1.5W cm⁻²)下,BMP@M NPs的温度升高呈浓度依赖性,250μg mL⁻¹浓度下6min内温度升至近50°C(图3A-B)。在250μg mL⁻¹浓度下,升温效果随激光功率密度(0.5-1.5W cm⁻²)增加而增强(图3C)。在1.0W cm⁻²、5min条件下,温度升至约49°C,处于温和热疗范围(42-50°C),被选为后续实验条件。经过五个加热-冷却循环后,温度曲线紧密重叠,证明其优异的光热稳定性(图3D)。基于标准光热曲线计算,BMP@M NPs的光热转换效率约为52.8%(图3E)。随后,基于CS/β-GP系统的温敏特性,设计了负载BMP@M NPs的BMP@M/C水凝胶(图3F)。在NIR照射下,PDA介导的光热效应诱导温和升温,促使BNN6释放NO;炎症环境中的ROS激活MnO₂产生O₂(图3G)。照片显示CS和BMP@M/C在25°C时均为液态溶液,具有可注射性;在37°C时3min内转变为非流动凝胶,验证了优异的温敏响应性(图3H)。SEM显示CS水凝胶形成了疏松、多孔的三维网络结构,BMP@M/C水凝胶的孔结构未受BMP@M NPs包封的影响(图3I)。流变学测试表明BMP@M/C水凝胶表现出典型的类固体弹性行为,储能模量(G′)始终高于损耗模量(G″)(图3J)。元素mapping图像证实C、N、O和Mn元素在水凝胶中均匀分布(图3K)。 图3. BMP@M NPs的光热效应及BMP@M/C水凝胶的表征。(A) 不同浓度BMP@M NPs的BMP@M/C水凝胶在NIR照射(808nm,1.5W cm⁻²)下的热图像。(B) 不同浓度BMP@M NPs的BMP@M/C水凝胶在NIR照射下的温度-时间曲线。(C) 含250μg mL⁻¹ BMP@M NPs的BMP@M/C水凝胶在不同功率密度NIR照射下的温度-时间曲线。(D) BMP@M/C水凝胶在NIR照射(808nm,1.5W cm⁻²,加热15min和冷却15min为一个循环)下的光热转换循环测试。(E) NIR激光开关对温度变化的响应。(F,G) BMP@M/C水凝胶示意图及NO和O₂的释放。(H) CS和BMP@M/C水凝胶在25或37°C凝胶化前后的照片。(I) 显示壳聚糖和BMP@M/C水凝胶微观结构的SEM图像。比例尺:50μm、10μm、5μm。(J) 15min内的流变学行为(储能模量G′和损耗模量G″)。(K) BMP@M/C水凝胶元素mapping的合并图像和拆分图像。比例尺:10μm。 (4)BMP@M/C水凝胶的MRSA靶向和抗菌能力 为研究BMP@M NPs与细菌的相互作用,该团队进行了SEM分析。对照组细菌形态完整、表面光滑;对照+NIR组细菌出现轻微皱缩和膜破裂。BMP/C组仅有少量NPs粘附于细菌表面;BMP@M′/C组(非激活MMVs包封)对MRSA的粘附极少;而BMP@M/C组大量BMP@M NPs附着于细菌表面,证实预激活MVs包覆赋予纳米粒子主动靶向能力(图4A)。NIR照射后,BMP@M/C+NIR组细菌表现出严重的膜破裂、胞内内容物泄漏和明显的皱缩变形(图4A)。如图4B所示,BMP@M/C水凝胶靶向MRSA,温和光热触发NO释放,形成基于靶向和NIR控制的双重抗菌机制。平板涂布实验显示,无NIR照射的四组均有大量细菌菌落;而BMP@M/C+NIR水凝胶显著减少菌落数量,抗菌率接近100%(图4C-D)。活/死染色进一步验证,BMP@M/C+NIR组在金黄色葡萄球菌和MRSA中均表现出更高比例的红色荧光(死细菌)(图4E)。结晶紫染色显示,BMP@M/C+NIR组生物膜染色深度明显变浅,覆盖率降低(图4F),定量分析表明其对金黄色葡萄球菌和MRSA的生物膜清除率分别达90.14±1.77%和85.80±3.00%。CLSM 3D图像显示,无NIR三组生物膜呈现致密陆续在的绿色网络结构,而BMP@M/C+NIR组有效去除了大部分生物膜基质(图4G)。 图4. BMP@M/C水凝胶的抗菌效果和生物膜清除。(A) MRSA的SEM图像。比例尺:200 nm。(B) BMP@M/C水凝胶实现MRSA靶向和温和光热触发NO释放用于抗菌活性的示意图。(C,D) 不同水凝胶处理的有或无NIR照射(808nm,1.0W cm⁻²)的金黄色葡萄球菌和MRSA细菌菌落的涂布平板实验及细菌菌落定量。(E) 金黄色葡萄球菌和MRSA的活(SYTO9,绿色)死(PI,红色)染色。比例尺:100μm。(F) 细菌生物膜的结晶紫染色。比例尺:5 mm。(G) 生物膜清除效果的CLSM 3D图像。生物膜的存在用SYTO9(绿色)标记。比例尺:100μm。数据以平均值±SD表示,n ≥ 3;****P < 0.0001。 (5)BMP@M/C水凝胶的抗氧化、抗炎及体外成骨和血管生成效应 该团队评估了BMP@M/C水凝胶的抗氧化应激能力。DAF-FM DA荧光探针显示,无NIR干预时BMP@M/C组荧光强度低,BNN6稳定;NIR照射后MC3T3-E1细胞中出现显著DAF-FM信号,且荧光强度随NIR功率增加而增强(图5A)。DCFH-DA染色显示,400μM H₂O₂处理产生更高强度的绿色荧光,而BMP@M/C+Δ组细胞内ROS表达显著降低(图5B-C)。流式细胞术进一步验证BMP@M/C+Δ组ROS消除效果最佳(图5D)。Bax(红色)和Caspase-3(绿色)免疫荧光显示,对照组荧光较强,BMP@M/C+Δ组促凋亡荧光信号明显下调(图5E、I)。Annexin V/PI流式细胞术显示BMP@M/C+Δ组早期和晚期凋亡细胞群显著减少(图5F、J)。JC-1染色显示氧化应激破坏线粒体膜电位(MMP),而BMP@M/C+Δ组维持了线粒体完整性(图5G、H、K)。此外,BMP@M/C+Δ组ATP含量最高,表明MnO₂和BNN6有效维持氧化应激条件下的细胞ATP水平(图5L)。 图5. BMP@M/C水凝胶在体外的抗氧化和抗凋亡效应。(A) MC3T3-E1细胞对BMP@M/C的摄取及NIR响应的NO释放。比例尺:50μm。(B,C) 不同水凝胶与100或400μM H₂O₂共培养12h后的ROS染色(DCFH-DA探针,绿色)及ROS清除能力定量。比例尺:200μm。(D) 流式细胞术显示不同水凝胶与400μM H₂O₂共培养12h后的ROS水平。(E) 不同水凝胶与400μM H₂O₂共培养12h后Bax(红色)和Caspase-3(绿色)的IF染色。比例尺:25μm。(F) 流式细胞术显示不同水凝胶与400μM H₂O₂共培养12h后的细胞凋亡。(G) 不同水凝胶与400μM H₂O₂共培养12h后的JC-1聚集体(红色)和JC-1单体(绿色)染色。比例尺:100μm。(H) 流式细胞术显示JC-1染色细胞。(I) 基于IF图像的Bax和Caspase-3荧光强度定量。(J) 定量凋亡细胞(早期凋亡细胞AnnexinV⁺PI⁻和晚期凋亡细胞AnnexinV⁺PI⁺)。(K) 定量线粒体聚集体(JC-1 FITC⁺PE-A⁺)和单体(JC-1 FITC⁺PE-A⁻)细胞。(L) 水凝胶诱导的细胞ROS清除和线粒体完整性维持示意图。Δ代表NIR照射。数据以平均值±SD表示,n = 3;P < 0.05,P < 0.01,P < 0.001,****P < 0.0001。 为系统分析抗炎机制,该团队进行了转录组测序。与MP/C组相比,BMP@M/C+Δ组有2398个上调和2686个下调基因(图6A)。GO富集分析显示炎症和凋亡相关通路显著富集(图6B)。KEGG分析揭示了TNF、细胞因子-细胞因子受体相互作用、NLR、IL-17、NF-κB、Toll样受体和Th17细胞分化等关键炎症和凋亡信号通路的下调(图6C-E)。qRT-PCR验证显示BMP@M/C水凝胶显著下调IκKα、NF-κB1、IL-1β、TNF-α、CXCL2、Caspase-3和NLRP3的表达(图6F、G)。免疫荧光显示BMP@M/C和BMP@M/C+Δ组CD86(M1标志物)表达显著降低,CD206(M2标志物)表达明显增加(图6I、J)。流式细胞术定量显示BMP@M/C+Δ组M1表型比例降至15.37±0.76%,M2表型比例升至25.70±2.51%(图6K、L)。ELISA显示BMP@M/C+Δ组促炎因子IL-1β和TNF-α显著降低,抗炎因子IL-4和IL-10显著增加(图6M、N)。 图6. BMP@M/C水凝胶调控巨噬细胞炎症和极化。(A) DEGs的转录组分析火山图。(B) BMP@M/C+Δ与MP/C组巨噬细胞中所有基因的GO分析。(C) 免疫相关KEGG通路中基因富集的径向图。(D) BMP@M/C+Δ与MP/C的KEGG富集通路。(E) KEGG通路的GSEA分析。(F) NF-κB和NLR信号通路DEGs的热图。(G) NF-κB和NLR相关基因的相对mRNA表达。(H) BMP@M/C水凝胶抑制NF-κB和NLR信号通路示意图。(I,J) LPS刺激后RAW264.7细胞与不同水凝胶共培养2天的CD86和CD206免疫荧光染色及定量荧光强度。比例尺:10μm。(K,L) CD11b⁺F4/80⁺细胞中M1细胞(CD86⁺CD206⁻)和M2细胞(CD86⁻CD206⁺)的定量及代表性流式细胞术图。(M,N) LPS刺激后RAW264.7细胞经水凝胶处理2天的促炎因子(IL-1β和TNF-α)和抗炎因子(IL-4和IL-10)的ELISA分析。Δ代表NIR照射。数据以平均值±SD表示,n = 3;P < 0.05,P < 0.01,P < 0.001,****P < 0.0001。 在体外成骨评估中,CCK-8显示BMP@M/C+Δ组光密度最高,为对照组的2.02倍(图7B)。活/死染色显示该组以绿色荧光为主(图7C)。F-actin染色显示BMP@M/C和BMP@M/C+Δ组细胞呈良好铺展的多边形(图7D)。ALP染色显示BMP@M/C和BMP@M/C+Δ组蓝色染色更强(图7E)。ARS染色显示BMP@M/C+Δ组有大量钙结节沉积(图7F、G)。RUNX2和OPN免疫荧光显示BMP@M/C+Δ组荧光强度显著增强(图7H、I)。PCR分析证实BMP@M/C+Δ组BMP2、BMPR、SMAD4、RUNX2和OPN mRNA表达显著上调,激活了经典BMP-SMAD信号轴(图7J)。 图7. BMP@M/C水凝胶的体外成骨评估。(A) BMP@M/C水凝胶促进TGF-β相关信号通路示意图。(B) 不同水凝胶与MC3T3-E1细胞共培养24h、48h和72h的细胞增殖。(C) 3天细胞的活/死染色。比例尺:200μm。(D) F-actin细胞骨架染色显示2天水凝胶表面细胞形态和铺展。比例尺:100μm。(E,F,G) 第7天ALP染色和第21天茜素红S染色及两种染色方法的定量。比例尺:200μm。(H,I) 水凝胶与细胞共培养7天成骨标志物RUNX2和OPN的IF染色及定量荧光强度。比例尺:50μm。(J) BMP/SMAD通路基因的相对mRNA表达。Δ代表NIR照射。数据以平均值±SD表示,n = 3;P < 0.05,P < 0.01,P < 0.001,****P < 0.0001。 在体外血管生成评估中,BMP@M/C+Δ组HUVECs存活率和增殖率最高(图8A)。划痕实验显示24h后BMP@M/C+Δ组伤口愈合率达91.17±2.42%(图8B、F)。Transwell显示该组迁移顺利获得膜的HUVECs数量最多(图8C)。管腔形成实验显示BMP@M/C+Δ组形成明确且相互连接的管状网络,节点和段数最多(图8D、G)。VEGF和bFGF免疫荧光显示BMP@M/C+Δ组两种标志物荧光强度显著升高(图8E)。 图8. BMP@M/C水凝胶促进HUVECs增殖和体外血管生成。(A) HUVECs在不同水凝胶表面粘附24h的活/死染色。比例尺:200μm。(B) 水凝胶与HUVECs共培养0至24h的划痕伤口愈合试验。虚线表示划痕边缘。比例尺:200μm。(C) 水凝胶与HUVECs共培养24h的Transwell实验。比例尺:200μm。(D) 水凝胶与HUVECs共培养8h的Matrigel管腔形成。比例尺:500μm。(E) 水凝胶与HUVECs共培养24h的VEGF(绿色)和bFGF(红色)IF染色。比例尺:50μm。(F) 迁移率定量。(G) 节点和段数定量。(H) 体外共培养系统和BMP@M/C刺激HUVECs血管生成示意图。Δ代表NIR照射。数据以平均值±SD表示,n = 3;P < 0.05,P < 0.01,P < 0.001,****P < 0.0001。 (6)BMP@M/C水凝胶促进体内股骨再生和感染伤口愈合 受上述结果鼓舞,该团队评估了BMP@M/C水凝胶对MRSA感染骨缺损的治疗潜力。在SD大鼠股骨髁骨髓炎模型中,BMP@M/C水凝胶植入骨缺损后,NIR照射5min使局部温度升至47.76±0.70°C(图9A)。治疗后1周,菌落计数显示对照组、MP/C组和BMP/C组有大量MRSA菌落,而BMP@M/C和BMP@M/C+Δ组菌落显著减少(图9B)。Giemsa染色显示对照组有大量细菌浸润和炎症细胞积聚,而BMP@M/C+Δ组细菌存在和炎症显著减少(图9C)。宏观观察显示,对照组骨缺损处形成包裹性脓肿,8周后无变化;BMP@M/C+Δ组在任何时间点均未出现明显隆起(图9D)。Micro-CT显示,对照组和MP/C组骨破坏严重,边界不清;BMP@M/C+Δ组8周时缺损几乎完全重建,新生骨小梁相互连接融合,密度接近正常骨组织(图9D、F)。定量分析显示BMP@M/C+Δ组骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)和骨小梁数量(Tb.N)显著高于其他组,骨小梁分离度(Tb.Sp)显著降低(图9G)。H&E和Masson染色显示,BMP@M/C+Δ组4周时已有大量新骨形成和胶原沉积,8周时骨组织陆续在性良好,胶原沉积丰富(图9E)。 图9. BMP@M/C水凝胶促进体内骨髓炎治疗。(A) 骨髓炎模型和治疗方案示意图。(B) 治疗后1周感染股骨区域的MRSA菌落。(C) 治疗后4周股骨骨髓炎的Giemsa染色。比例尺:50μm。(D) 治疗后4周和8周股骨软组织、骨结构、Micro-CT图像。(E) 治疗后4周和8周股骨的H&E染色和Masson染色。低倍比例尺:2 mm,高倍比例尺:500μm。(F,G) 新生骨组织的Micro-CT图像及BV/TV、Tb.Th、Tb.N、Tb.Sp的成骨统计分析。Δ代表NIR照射。数据以平均值±SD表示,n = 5;P < 0.05,P < 0.01,P < 0.001,****P < 0.0001。 为进一步阐明BMP@M/C水凝胶介导骨再生的机制,该团队检测了炎症反应、巨噬细胞极化、血管生成和成骨情况。4周时,IF染色显示BMP@M/C+Δ组NF-κB和TNF-α荧光强度显著降低(图10A、B),IL-10和TGF-β1荧光最强(图10C、D),表明建立了抗炎和促愈合微环境。流式细胞术显示BMP@M/C和BMP@M/C+Δ组M2巨噬细胞(CD86⁻CD206⁺)比例显著增加,M1巨噬细胞(CD86⁺CD206⁻)减少(图10E)。CD31和OPN免疫荧光显示BMP@M/C+Δ组血管网络形成广泛,OPN积累强(图10F、G)。IHC染色显示BMP@M/C+Δ组BMP2、OCN和RUNX2阳性染色显著增强(图10H),PCR分析证实这些基因表达水平最高)。 图10. BMP@M/C水凝胶增强骨髓炎大鼠股骨缺损的抗炎和成骨作用。(A,B) 治疗后4周股骨缺损中细胞核、NF-κB(绿色)和TNF-α(红色)的IF染色及NF-κB和TNF-α的定量荧光面积。比例尺:50μm。(C,D) 治疗后4周股骨缺损中细胞核、IL-10(绿色)和TGF-β1(红色)的IF染色及IL-10和TGF-β1的定量荧光面积。比例尺:50μm。(E) 治疗后4周股骨缺损周围巨噬细胞极化的代表性流式细胞术图。(F,G) 治疗后4周细胞核、CD31(红色)和OPN(绿色)的IF染色及CD31和OPN的定量荧光面积。比例尺:100μm。(H) 治疗后8周股骨缺损中BMP2、OCN和RUNX2的IHC染色。比例尺:50μm。(I) 体内骨整合机制示意图。Δ代表NIR照射。数据以平均值±SD表示,n = 5;P < 0.05,P < 0.01,P < 0.001,****P < 0.0001。 在MRSA感染伤口模型中,BMP@M/C+Δ组表现出优异的抗菌性能,3天时菌落显著减少(图11B、F)。14天时Giemsa染色显示对照组和MP/C组有密集MRSA簇,而BMP@M/C+Δ组几乎不可见(图11C)。宏观观察显示,BMP@M/C+Δ组伤口健康、呈粉红色,14天内快速收缩并完全闭合(图11D)。定量分析显示BMP@M/C+Δ组在所有时间点均达到最高伤口闭合率(图11G)。H&E染色显示BMP@M/C+Δ组未愈合面积显著小于对照组,表皮组织排列规则(图11E)。Masson染色显示BMP@M/C+Δ组胶原沉积厚且陆续在,桥接伤口间隙(图11E、H)。qRT-PCR显示BMP@M/C+Δ组VEGF、bFGF和α-SMA的相对mRNA表达显著上调。 图11. BMP@M/C水凝胶促进体内感染伤口愈合。(A) 感染伤口模型和治疗方案示意图。(B) 伤后3天感染伤口区域的MRSA菌落。(C) 伤后14天股骨缺损的Giemsa染色。红色箭头指示MRSA。比例尺:50μm。(D) 特定时间点伤口闭合痕迹。(E) 伤后14天伤口的H&E染色和Masson染色。比例尺:500μm。(F) 基于MRSA菌落的细菌定量。(G) 特定时间点伤口闭合的定量。(H) 基于Masson染色的胶原沉积定量。Δ代表NIR照射。数据以平均值±SD表示,n = 5;P < 0.05,P < 0.01,P < 0.001,****P < 0.0001。 该团队开发了一种BMP@M/C水凝胶系统,能够动态重编程MRSA感染骨和软组织中的病理微环境。预激活赋予BMP@M NPs抗原特异性识别能力,实现对MRSA的精准靶向,表现出抗菌和破坏生物膜的能力,有效克服了传统抗生素治疗的局限性。NIR照射下,负载的BNN6分解释放NO;MnO₂组分作为氧化还原响应门,与炎症微环境中的H₂O₂反应产生O₂。BMP@M/C水凝胶缓解氧化应激、维持线粒体稳态、抑制NF-κB炎症和NLRP3凋亡通路、促进巨噬细胞向抗炎M2表型极化,从而重编程免疫景观。此外,O₂和NO的协同效应有效增强内皮细胞血管生成和成骨细胞成骨分化,激活BMP-SMAD信号通路,改善骨再生。在MRSA感染股骨和皮肤缺损大鼠模型中,该水凝胶显著抑制炎症、促进新生血管形成、加速骨和软组织再生,实现高效愈合。总体而言,顺利获得整合预激活引导靶向与微环境响应气体治疗,该平台将抗菌、抗炎、成骨和血管生成功能整合到单一系统中,为复杂感染组织缺损的治疗给予了一种安全且多功能的策略。
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