紫罗兰素赋能成膜喷雾剂：一种用于皮肤细菌感染治疗的天然抗菌新策略

《BMC Complementary Medicine and Therapies》：Violacein: a natural antibacterial agent empowered by film-forming sprays for topical applications

本研究针对抗生素耐药性日益严峻的公共卫生挑战，开发了一种负载天然抗菌色素Violacein的成膜喷雾剂(FFS)。研究人员通过中心复合设计优化了以Eudragit? RS 100为成膜聚合物的处方，获得的FFS能在皮肤表面形成柔韧耐用的薄膜。体外抗菌实验表明，该制剂对金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的抑制效果优于商业克林霉素溶液，且具有显著的抗氧化活性。这种新型递送系统为提高患者依从性和治疗皮肤细菌感染提供了有前景的解决方案。

　　

在当今全球公共卫生领域，抗生素耐药性微生物的崛起正构成日益严重的威胁。皮肤及皮下组织感染作为门诊和医院环境中最常见的疾病之一，其发病率在过去几十年间迅速攀升。尽管已有多种药物用于治疗皮肤及软组织感染，但抗生素耐药性正成为世界范围内日益严峻的难题。与此同时，新型有效抗生素的研发进展相对有限，进一步加剧了这一危险状况。

传统的外用制剂如软膏、乳膏、溶液和凝胶在治疗细菌感染时存在诸多局限性。半固体制剂如乳膏和软膏无法长时间停留在皮肤表面，易被衣物或接触擦除。而现代制剂如水凝胶虽然应用日益广泛，但也面临机械稳定性较低、干燥时间较长、易被汗液或摩擦移位等挑战，可能减少与皮肤的接触时间。因此，对于持续性皮肤病或症状，这些制剂需要频繁使用。

在这一背景下，研究人员将目光投向了天然抗菌化合物。许多细菌天然产生抗菌物质作为生存机制，以在资源有限或种群密集的生态系统中与其它微生物竞争。其中，紫罗兰素(Violacein)作为一种由紫色杆菌(Chromobacterium violaceum)等环境细菌合成的紫色色素，引起了科学界的广泛兴趣。紫罗兰素具有广泛的生物活性，包括抗癌、抗氧化、杀锥虫、抗真菌、抗病毒、抗菌和抗疟疾作用。由于其5-羟基吲哚、羟吲哚和2-吡咯烷酮结构单元组成的独特共轭双键系统，紫罗兰素不仅呈现特有的紫色外观，还表现出显著的光学性质和生物活性。

为克服传统制剂的局限性，成膜系统(FFS)应运而生。FFS是一种非固体剂型，但在喷涂或施用后能在表皮形成薄膜。形成的薄膜具有半透明、柔韧和皮肤粘附性，适合经皮给药系统。这种新型给药系统能够延长药物在皮肤表面的滞留时间，提高治疗效果，同时增强患者依从性。

本研究旨在开发和评估一种负载紫罗兰素的成膜喷雾剂，用于局部抗菌应用。研究团队首先培养了紫色杆菌并提取了紫罗兰素，评估了其最小杀菌浓度(MBC)、最小抑菌浓度(MIC)和抗氧化活性。随后，采用实验设计(DoE)方法，特别是中心复合设计(CCD)，系统评估了配方组分(如聚合物、溶剂比例、增塑剂)对关键产品特性(粘度、干燥时间、薄膜强度和喷雾半径)的影响。最终计算、制备并评估了优化配方。

主要关键技术方法包括：通过优化培养条件(30°C、200 rpm、3天)从紫色杆菌ATCC 12472中高效提取紫罗兰素粗提物；采用微量肉汤稀释法和琼脂扩散法评估提取物的抗菌活性；通过ABTS和DPPH自由基清除实验测定抗氧化活性；运用中心复合设计优化FFS处方组成；通过流变学分析和力学性能测试表征制剂特性。

紫罗兰素粗提物制备

研究人员通过优化培养条件，确定了紫色杆菌ATCC 12472生产紫罗兰素的最佳参数：搅拌速率200 rpm、培养温度30°C、培养时间3天。在此条件下，每毫升培养基获得的紫罗兰素粗提物干重最大为2.59±0.02克。提取过程采用乙酸乙酯分三步进行，最终通过冷冻干燥获得干燥粉末状提取物。紫外-可见光谱分析显示在575 nm处有显著吸收峰，证实了紫罗兰素的存在。

紫罗兰素粗提物表征

抗菌活性评估显示，紫罗兰素粗提物对表皮葡萄球菌的MIC和MBC均为0.5 mg/mL，对金黄色葡萄球菌的MIC为0.25 mg/mL，MBC为0.5 mg/mL，表明其对革兰氏阳性菌具有显著抑制效果。抗氧化活性通过ABTS和DPPH实验测定，IC₅₀值分别为98.30 μg/mL和177.51 μg/mL，显示中等抗氧化能力。稳定性评估发现，在60天储存期内，抗氧化活性保持稳定(仅下降2.2-2.5%)，而抗菌活性逐渐降低(对金黄色葡萄球菌下降23.8%，对表皮葡萄球菌下降13.2%)，表明不同成分分别负责这两种生物活性。

FFS处方优化

初步研究确定了Eudragit? RS 100浓度、乙醇-水比例和DEP浓度作为关键变量。通过中心复合设计，建立了偏最小二乘回归模型，量化了这些变量对七项关键响应参数的影响。喷雾半径(R₁)受Eudragit? RS 100浓度和乙醇-水比例的线性影响，粘度(R₂)与这些变量呈二次关系。薄膜应力(R₃)、应变(R₄)和杨氏模量(R₅)主要受DEP浓度影响，而薄膜韧性(R₆)受Eudragit? RS 100浓度和乙醇-水比例共同影响。干燥时间(R₇)随Eudragit? RS 100浓度增加而延长，随乙醇比例增加而缩短。

优化处方的流变学特性显示明显的剪切稀化行为，有利于喷雾应用和薄膜形成。振幅扫描分析确定了线性粘弹性区域(LVR)，表明制剂在微小变形下保持机械完整性。

DEP作为增塑剂的作用机制明确：增加DEP浓度会降低薄膜应力和杨氏模量，但提高薄膜应变，使薄膜更柔软、更柔韧。

优化处方与抗菌活性

最终优化处方为：Eudragit? RS 100浓度17.41%(w/w)、DEP浓度20.00%(w/w)、乙醇-水比例4:1(w/w)。负载紫罗兰素提取物(2.5 mg/mL)后，制剂粘度增加43.79%，薄膜韧性提高63.56%，干燥时间缩短58.49%。抗菌实验表明，所有浓度的紫罗兰素负载FFS均产生10-11 mm的抑菌圈，而商业克林霉素溶液在相同条件下无抑菌圈。

研究结论与意义

本研究成功开发了一种负载紫罗兰素粗提物的成膜喷雾剂，该制剂能在皮肤表面形成柔韧耐用的薄膜，并表现出显著的体外抗菌活性。与商业克林霉素溶液相比，优化处方显示出更优的抗菌效果，这为治疗抗生素耐药性细菌感染提供了有前景的替代方案。

研究的创新之处在于将天然抗菌化合物与先进的给药系统相结合，既利用了紫罗兰素的广谱生物活性，又通过成膜技术解决了传统外用制剂的局限性。薄膜形成系统不仅延长了药物在作用部位的滞留时间，还提高了患者依从性，避免了频繁用药的不便。

然而，研究也存在一定局限性。首先，使用的是紫罗兰素粗提物而非纯化单体，活性成分的准确含量和贡献度未能完全量化。其次，缺乏对制剂在体皮肤渗透性和体内药效学的系统评估。此外，长期安全性和稳定性数据仍需进一步完善。

该研究的科学意义在于证实了天然产物与新型给药系统结合的策略在应对抗生素耐药性挑战中的潜力。从转化医学角度，这种薄膜形成喷雾剂技术可扩展至其他天然抗菌成分的递送，为开发更有效、更安全的皮肤感染治疗方案提供了新思路。未来研究应聚焦于活性成分的纯化与表征、临床前安全性评价以及作用机制的深入探索，以推动这一创新制剂向临床应用转化。