协同抗菌剂Cur-PEI-Mn?O?用于伤口消毒和加速愈合

《Materials Today Catalysis》：Synergistic antimicrobial Cur-PEI-Mn 3O 4 for wound sterilization and accelerated healing

通过聚乙烯亚胺（PEI）修饰提高姜黄素水溶性，并与Mn3O4纳米圆柱体复合形成MPC材料，该研究揭示了其在酸性/中性环境下分别通过产氧自由基抑制耐药菌和促进伤口愈合的协同机制。摘要：

　　这项研究围绕一种新型复合材料Cur-PEI-Mn?O?（简称MPC）的开发展开，旨在解决传统药物如姜黄素（Cur）在抗菌应用中存在水溶性差以及单一治疗方式难以有效应对耐药菌的问题。通过引入聚乙烯亚胺（PEI）对姜黄素进行改性，提高了其在水中的分散性与溶解性，同时将改性后的姜黄素与Mn?O?纳米柱结合，进一步增强了其抗菌和治疗效果。该材料在不同pH环境下展现出不同的功能特性，使其能够适应伤口愈合的不同阶段，从而实现更全面的抗菌与促愈作用。

姜黄素作为一种天然的黄酮类化合物，因其显著的抗炎、杀菌和抗氧化活性而被广泛研究。然而，由于其在水中的溶解性较低，导致其生物利用度不高，体内代谢快，难以维持足够的治疗浓度。这些局限性限制了其在临床中的应用，尤其是在对抗耐药菌方面。为此，研究者们尝试了多种改性方法，以提高姜黄素的水溶性和稳定性。例如，通过将姜黄素与壳聚糖进行酯化反应，或将其封装在双醛淀粉-明胶交联矩阵中，或是利用β-环糊精的疏水空腔进行包埋，从而提升其溶解性和药效。这些改性手段不仅改善了姜黄素的水溶性，还增强了其在体内的作用效果。

研究发现，将姜黄素与PEI结合后，其在水中的分散性得到了显著提升。同时，PEI的极性氨基酸基团使其成为一种有效的水溶性修饰剂。PEI具有丰富的氨基结构，能够通过电荷调节、疏水修饰和功能修饰等方式提高药物的递送效率。其在水溶液中容易被质子化，形成带正电的聚合物，这使得PEI能够通过静电作用与生物细胞表面的负电荷相互作用，促进细菌与抗菌剂之间的有效接触。例如，通过将黄芩苷（BA）与PEI进行缩合反应，得到的BA-PEI复合物不仅具有良好的生物相容性和降解性，还能有效释放黄芩苷，发挥其治疗作用。

在实际应用中，细菌耐药性问题日益严重，单一的治疗方式往往难以达到理想的治疗效果。因此，多模式联合治疗成为一种有效的应对策略。例如，研究人员开发了具有多种酶活性的复合材料，用于治疗感染并促进伤口愈合。这类材料能够通过协同作用，增强抗菌效果并减少对正常组织的损伤。Mn基纳米酶因其优异的多酶活性而受到广泛关注。例如，OA-MnO?能够产生大量活性氧（ROS），有效杀灭革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，同时还能模拟过氧化物酶（POD）的活性，清除体内的ROS，从而减轻氧化应激对细胞的损伤。此外，Mn3+对透明质酸（HA）结构的修饰，使得Mn-HA材料能够有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，同时因其微量的Mn含量而表现出良好的生物相容性。另外，以吲哚菁绿（ICG）功能化的Mn?O?纳米片，不仅具有光热和光动力效应，还表现出氧化酶样催化活性，能够生成羟基自由基和超氧自由基，从而在治疗多重耐药（MDR）细菌感染方面展现出强大潜力。

基于上述研究基础，研究人员通过自组装的方式，将改性后的姜黄素与具有多种催化活性的Mn?O?纳米柱结合，制备出MPC复合材料。MPC中的姜黄素部分赋予了其显著的抗菌和抗氧化活性，而Mn?O?部分则通过其多种催化特性，增强了材料的抗菌能力。在细菌感染的早期阶段，伤口通常处于酸性微环境中，此时MPC能够催化过氧化氢（H?O?）生成活性氧（ROS），同时消耗谷胱甘肽（GSH），从而在较低浓度下有效抑制细菌生长。而在伤口愈合的后期阶段，环境逐渐趋于中性，此时MPC展现出超氧化物歧化酶（SOD）活性，有助于减少炎症反应并清除细菌毒素。体内实验进一步证实，MPC能够有效清除细菌、控制炎症并促进血管生成，因此被认为是一种有前景的材料，可用于加速细菌感染伤口的修复。

在实验方法上，研究人员采用了多种技术手段对MPC进行合成与表征。通过将姜黄素与PEI结合，他们成功提高了姜黄素的水溶性，并通过不同质量比例的实验筛选出最佳的Cur-PEI组合（Cur-PEI=1:1.5）。这种组合不仅具有较小的颗粒尺寸，还呈现出均匀的形态，有助于后续实验的顺利进行。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，Cur-PEI呈现出近似球形的结构，这可能与其良好的分散性和稳定性有关。此外，研究人员还使用了多种分析仪器，包括紫外可见分光光度计、原子力显微镜和流式细胞仪等，以全面评估MPC的理化性质和生物活性。

在抗菌性能方面，MPC表现出显著的抗菌效果。体外实验表明，当MPC与H?O?的浓度为1 mg/mL时，能够有效抑制耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和大肠杆菌的生长，其存活率分别降至20%以下。这一效果的实现主要依赖于MPC的多重作用机制，包括破坏细菌膜结构、导致蛋白质泄漏、消耗GSH以及生成羟基自由基（·OH）。这些机制共同作用，使得MPC在低浓度下仍能发挥强大的抗菌效果，同时避免了对正常组织的过度损伤。此外，MPC在中性环境下展现出抗氧化能力，有助于减少炎症反应并促进上皮细胞再生。实验结果显示，MPC能够显著提高Masson和CD31的表达水平，同时降低IL-6和TNF-α的表达，从而加速伤口愈合。

在实际应用中，MPC不仅在体外表现出优异的抗菌效果，还在体内实验中验证了其在治疗细菌感染伤口方面的潜力。实验表明，MPC能够有效清除细菌、控制炎症并促进血管生成，从而加速伤口的修复。这种多模式的协同作用，使得MPC在治疗过程中能够适应不同的环境条件，实现更全面的治疗效果。此外，MPC的合成过程相对简单且成本较低，这为其在临床中的应用提供了便利。研究人员还通过多种实验手段验证了MPC的生物相容性和降解性，确保其在体内的安全性。

总体来看，MPC复合材料的开发为解决耐药菌感染和促进伤口愈合提供了新的思路。通过将姜黄素与PEI结合，提高了其在水中的溶解性和生物利用度，同时将Mn?O?纳米柱引入，增强了其抗菌和催化能力。这种材料在不同pH环境下展现出不同的功能特性，使其能够适应伤口愈合的不同阶段，从而实现更高效的治疗效果。此外，MPC的合成方法简单、成本低，且具有良好的生物相容性，这为其在临床中的应用奠定了基础。未来，研究人员可以进一步优化MPC的结构和性能，以提高其在不同环境下的适应性和治疗效果，同时探索其在其他感染模型中的应用潜力。