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为解决耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）生物膜导致的骨髓炎治疗难题，研究人员开发超声触发的 Cu-BTO@Gua 复合压电声敏剂。该材料可产生活性氧（ROS）、消耗谷胱甘肽（GSH），还能调节巨噬细胞极化。结果表明其有效抗菌并促进骨再生，为骨感染治疗提供新策略。
骨髓炎是一种由病原微生物引发的复杂骨感染疾病，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）是主要致病菌之一。MRSA 能形成致密生物膜，不仅增强细菌对抗生素的耐药性，还能逃避人体免疫系统攻击，导致感染持续存在、骨组织破坏，甚至引发残疾。目前临床常用大剂量抗生素治疗，但易产生器官损伤等严重副作用，且细菌的适应性应激反应会降低抗菌剂疗效，加剧抗生素耐药问题。因此，开发既能有效清除感染又能促进骨修复的治疗策略至关重要。
中南大学湘雅医院的研究人员开展了相关研究，开发出一种超声（US）触发的 Cu-BTO@Gua 复合压电声敏剂，该研究成果发表在《Bioactive Materials》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过水热反应制备钛酸钡（BTO）纳米颗粒，再经煅烧和沉淀法合成铜掺杂的 Cu-BTO 纳米颗粒，然后通过酰胺化反应将胍基（Gua）修饰到其表面，得到 Cu-BTO@Gua 纳米颗粒；利用多种探针（如 DPBF、MB、DCFH-DA、DTNB 等）和光谱分析（如 UV-visible 吸收光谱、EPR 光谱等）检测活性氧（ROS）生成、谷胱甘肽（GSH）消耗等；通过体外抗菌实验（涂布平板法、活 / 死染色法、SEM 观察等）、体内动物实验（建立小鼠骨髓炎模型，进行 X 射线、micro-CT、组织染色等分析）评估材料的抗菌和骨再生效果；运用免疫荧光染色、ELISA、qRT-PCR、Western blot 等技术分析免疫微环境和相关信号通路。
3.1 构建与表征 Cu-BTO@Gua 压电纳米材料
采用三步法合成 Cu-BTO@Gua，先制备 BTO 纳米颗粒，再吸附铜离子并煅烧，接着修饰胍基。TEM、HRTEM、EDX 等表征显示材料具有良好的形貌、晶体结构和元素分布，XPS 证实铜离子的存在及价态，且铜掺杂未改变 BTO 的基本晶体结构，同时增加了氧空位密度。
3.2 增强 Cu-BTO 纳米颗粒的声压电性能
PFM 测量显示铜掺杂提高了压电系数，UV-vis DRS 和 XPS 分析表明铜掺杂降低了带隙能量，促进电荷分离和 ROS 生成。EPR 光谱证实 Cu-BTO@Gua 在超声下产生更多?OH 和1O2，电化学阻抗谱显示其电荷转移效率更高。
3.3 Cu-BTO@Gua 纳米颗粒的声动力学和化学动力学性能
在超声和 H2O2存在下，Cu-BTO@Gua 通过声动力学和化学动力学协同作用产生更多 ROS，EPR 和 MB 降解实验证实其催化效率更高，铜离子的存在促进了电子 - 空穴对的分离和 Fenton-like 反应。
3.4 Cu-BTO@Gua 对 MRSA 的抗菌活性
胍基使 Cu-BTO@Gua 能有效黏附 MRSA 及其生物膜，超声下产生的 ROS 和消耗的 GSH 显著抑制细菌生长、破坏生物膜，活 / 死染色和 SEM 观察显示其高效杀菌效果，且能灭活 MRSA 分泌的毒素。
3.5 Cu-BTO@Gua 的生物相容性
CCK-8 assay、溶血实验和体内器官染色表明 Cu-BTO@Gua 具有良好的生物相容性，对正常细胞和组织无明显毒性。
3.6 体外成骨性能
ARS 染色、ALP 染色和 qRT-PCR 显示 Cu-BTO@Gua 在超声下能促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化，上调成骨相关基因（Alp、Runx2、Ocn）的表达，铜离子和超声的协同作用促进骨形成。
3.7 体内治疗骨髓炎
在小鼠骨髓炎模型中，Cu-BTO@Gua 联合超声显著减轻骨溶解、降低细菌负荷、减少炎症细胞浸润，促进骨再生。免疫荧光和 ELISA 分析显示其能促进 M1 巨噬细胞向 M2 极化，激活 TGF-β 信号通路，抑制 NF-κB 信号通路，从而减轻炎症并促进组织修复。
3.8 机制探索的 RNA 测序
转录组分析和 KEGG 通路分析表明，Cu-BTO@Gua 联合超声上调 Tgf-β 基因，激活 TGF-β 信号通路，同时抑制 NF-κB 信号通路，促进巨噬细胞极化，解释了其抗炎和促骨再生机制。
综上所述，该研究开发的 Cu-BTO@Gua 复合压电声敏剂通过超声触发，兼具高效抗菌和骨再生能力，为 MRSA 感染性骨髓炎的治疗提供了一种新的有效策略。其通过产生活性氧、消耗谷胱甘肽清除细菌和生物膜，同时调节巨噬细胞极化、激活 TGF-β 信号通路促进骨修复，有望克服传统治疗的不足，为应对抗生素耐药性和复杂骨感染问题开辟新途径。
