2021年2月23日,北京化工大学材料科学与工程学院徐福建教授团队在《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Bioswitchable Antibacterial Coatings Enable Self‐Sterilization of Implantable Healthcare Dressings”的研究论文。该论文针对细菌感染微环境,提出构建脂肪酶响应性自适应抗菌可植入敷料的新方法,在小鼠细菌感染模型中可显著减少组织细菌感染,并减轻细菌感染造成的炎症反应。
可吸收明胶海绵是一种在外科手术中广泛使用的止血材料,在使用过程中常常会引发医源性细菌感染,严重影响患者术后恢复和生命健康。特别是不合理使用抗生素会导致耐药菌的出现,使抗生素药物资源日益枯竭,人类社会逐渐进入“后抗生素时代”。阳离子型高分子材料在抗细菌感染方面具有较好的应用前景(Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1802140; Small 2019, 15, 1900999),但是如何兼顾可植入材料的生物相容性和抗菌性能仍然面临重要挑战。
为了应对上述挑战,北京化工大学徐福建教授团队通过开环聚合(ROP)和原子转移自由基聚合(ATRP)构建了系列三嵌段共聚高分子材料QP-b-PCL-b-QP,可在四氢呋喃中自组装形成反胶束结构,其中疏水的聚己内酯(PCL)链段形成反胶束外壳,具有良好的生物相容性和细菌脂肪酶响应性;亲水性季铵化聚2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯(QP)链段形成反胶束核心,并在细菌脂肪酶存在的感染微环境中降解并释放,实现自适应性抗菌。动物实验表明,上述反胶束涂层修饰明胶海绵在小鼠细菌感染模型中具有理想的自适应抗菌性能。植入材料周围皮肤组织的H&E染色图片表明,未修饰明胶海绵周围皮肤组织中存在大量中性粒细胞、巨噬细胞、嗜伊红细胞等炎症细胞,表明组织中由于细菌感染造成急性炎症反应。反胶束涂层修饰明胶海绵周围皮肤组织中炎症细胞数量较少,表明具有自适应抗菌功能的明胶海绵能够减轻细菌感染造成的炎症反应,基于上述反胶束涂层构建的自适应抗菌明胶海绵具有良好的临床应用前景。
北京化工大学材料科学与工程学院博士研究生王安治为论文第一作者,徐福建教授和丁小康副教授为本论文的通讯作者。北京化工大学为唯一完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划(2020YFC1107302),国家自然科学基金(21975014,92056120),北京卓越青年科学家计划(BJJWZYJH01201910010024)和中央高校基本科研基金(XK1802-2)的资助。
论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202011165