编辑推荐：
在心脏植入式电子设备（CIED）手术中，术后感染是一大难题。研究人员针对这一问题，开展了 SET-M33 抗菌肽与不同植入材料组合的研究。结果发现多孔材料利于其扩散，不同材料对其抗菌活性影响不同。这为预防 CIED 手术感染提供了新思路。
在医疗领域，心脏植入式电子设备（Cardiac Implantable Electronic Devices，CIED）为众多患者带来了希望，它能帮助心脏维持正常的节律，改善患者的生活质量。然而，CIED 植入后引发的感染问题却如同阴影，笼罩着患者的健康。这种感染可不是普通的小麻烦，它比一般的局部或全身感染更棘手。在植入 CIED 的过程中，一些机会致病菌可能会趁机进入手术创口，污染植入部位，进而在植入物表面定植。尽管医生们在围手术期会采取严格的消毒措施，但细菌感染仍然时有发生，尤其是对于永久性的心血管植入物，一旦感染，往往更为严重。CIED 感染不仅容易复发，发展成慢性感染，还会增加患者的死亡率，加重医疗负担。这可把医生们愁坏了，所以如何预防 CIED 手术创口感染，成了医学领域亟待解决的重大问题。
为了攻克这一难题，来自多个研究机构的研究人员联合开展了一项研究。其中包括巴塞罗那加泰罗尼亚理工大学（Universitat Politècnica de Catalunya）、瑞士 Hylomorph AG、鹿特丹伊拉斯姆斯大学医学中心（Erasmus University Medical Centre）、锡耶纳大学（University of Siena）等。他们把目光聚焦在了 SET-M33 抗菌肽上，想探究它与不同植入材料组合时，在预防 CIED 手术创口感染方面的效果究竟如何。
研究人员采用了多种关键技术方法。在材料特性分析方面，运用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）和光学显微镜对植入材料的表面形态进行观察，通过图像分析软件 ImageJ 测量材料的孔隙率、纤维直径等参数；利用表面粗糙度测量仪依据相关标准测定材料的表面粗糙度；通过水静态接触角分析来评估材料的亲水性。在抗菌肽扩散特性研究上，构建定制的扩散系统，使用标记的 TAMRA-SET-M33，通过测量吸光度并依据朗伯 - 比尔定律（Lambert-Beer Law）计算其在不同材料中的扩散速率、有效扩散系数和药物保留率。针对抗菌疗效评估，选用大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）进行体外细菌挑战试验，按照特定的实验流程操作，最后通过平板计数法对细菌数量进行统计分析。
研究结果
- 植入材料的选择与特性：研究选取了构成 CIED 的钛合金（Ti）、硅橡胶（Si）等材料，以及聚四氟乙烯（PTFE）作为对照，还有用于制作保护性包膜的生物合成生物纤维素（BC）、可吸收的聚乳酸 - 羟基乙酸共聚物（PLGA）静电纺丝膜（Espn）和可吸收的聚乙醇酸（PGA）网（Mesh）。通过分析发现，包膜材料中，Espn 的孔隙率（31.03%）是 BC（11.98%）的两倍多，Mesh 的孔隙率高达 63%。BC 的纤维直径最小（45 ± 0.013nm），Mesh 的纤维直径最大（(232±47)×103nm ）。而目标植入材料中，PTFE 和 Ti 的表面纳米粗糙度 Ra 值较高，Si 的表面则更接近理想的光滑状态。在亲水性方面，PTFE 最疏水（水静态接触角 ca.=108.48±1.69° ），BC 因具有吸湿性，水静态接触角很低 。
- 扩散特性：通过定制的扩散系统研究 TAMRA-SET-M33 在不同材料中的扩散情况。结果显示，在 BC 膜中，肽浓度在最初 2 天呈指数下降，12 天后达到平衡，扩散速率为 0.7×10?3±0.59×10?4mg/h ，有效扩散系数 Deff 为 0.0083±0.0005cm2/h ，且有 56.3% ± 1.7% 的肽保留在膜内。Espn 膜在 12 天后达到平衡，扩散速率为 1.4×10?3±0.5×10?4mg/h ， Deff 为 0.003±0.001cm2/h ，存在 14.3% ± 1.7% 的药物损失。Mesh 由于宏观孔隙率大，在 90 分钟内达到平衡，且能使抗菌肽几乎完全释放到受体隔室，平衡浓度接近预期值。这表明扩散速率与膜的孔隙率呈正相关，而药物保留情况则相反。
- 抗菌疗效：通过体外细菌挑战试验评估 SET-M33 与所选植入材料组合的抗菌性能。使用 SET-M33L 和 SET-M33D 两种形式的肽，分别针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行实验。结果发现，与 SET-M33 组合后，所有材料的表面亲水性均有所增加，且细胞毒性测试显示所有材料的细胞活力均高于 90%，表明材料与 SET-M33 组合具有良好的生物相容性。在抗菌效果上，对于目标植入材料，SET-M33L 在多数浓度下对 PTFE 和 Ti 上的大肠杆菌生长抑制效果不明显，在 Si 上，10μM 和 15μM 的 SET-M33L 能显著抑制细菌生长。对于包膜材料，SET-M33L 在 Espn 上随着浓度增加对大肠杆菌生长抑制作用增强，在 Mesh 上则无明显效果，而在 BC 上，所有测试浓度的 SET-M33L 都能完全抑制大肠杆菌生长。同样，SET-M33D 对金黄色葡萄球菌的抗菌实验中，在 PTFE、Ti、Si、Espn 和 Mesh 上均无明显抗菌效果，在 BC 上则能完全抑制细菌生长。但当改变细菌挑战的配置，将抗菌肽和细菌分别置于 BC 膜两侧（trans 配置）时，抗菌效果明显下降，这说明 BC 膜对 SET-M33 的有限扩散和高保留阻碍了其对未处理界面细菌的抗菌活性。此外，抗生物膜实验表明，SET-M33L 在 cis 配置下与 BC 组合，能显著抑制细菌粘附和生物膜形成，在 trans 配置下，仅在最高测试浓度（15μM）时对生物膜形成有显著抑制作用。
研究结论与讨论
这项研究深入探究了 SET-M33 抗菌肽与多种 CIED 植入材料及保护性包膜材料的相互作用。研究发现，多孔生物材料如 BC 和静电纺丝膜有利于 SET-M33 的扩散，使其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等病原体具有有效的抗菌活性；而非多孔材料如钛和硅则会限制肽的功效。虽然 BC 会保留大量的肽，影响其在远处位点的可用性，但它在接触时能有效根除细菌生长，这为靶向感染预防带来了希望。
该研究结果强调了材料特性（如孔隙率和表面形态）在调节肽性能方面的关键作用，也表明目前的抗生素洗脱包膜虽能控制感染，但存在局限性，而优化的抗菌肽递送系统有望解决日益严重的抗生素耐药问题，为 CIED 接受者的术后护理带来变革。不过，目前抗菌肽的发展状态还不能直接转化为现成的解决方案，未来需要对肽进行专门设计，以确保在手术创口的复杂环境中具有最佳疗效、延长作用时间和实现均匀覆盖。这项研究为开发下一代抗菌药物奠定了基础，若能进一步优化抗菌肽，使其达到甚至超越当前抗生素包膜的疗效，将为植入物护理中的感染预防提供更可持续、无耐药性的解决方案，在医学领域具有重要的意义。
