靶向MRSA能量代谢的多功能水凝胶通过温和光热疗法协同免疫代谢重编程加速糖尿病伤口修复

为解决糖尿病伤口感染中多重耐药菌(MRSA)生物膜顽固性和氧化-炎症-代谢失衡难题，西北工业大学团队开发了COG-Z@P200水凝胶，整合ZIF-8纳米颗粒与聚多巴胺(PDA)涂层，通过Zn2+介导的膜破坏和40-45°C温和光热疗法(PTT)实现>99.5% MRSA清除，同时调控巨噬细胞M2极化(Arg-1+/TNF-α↓)和血管生成(VEGF/CD31↑)，使糖尿病小鼠伤口愈合速度提升48%，为慢性伤口管理提供无抗生素解决方案。

　　

糖尿病伤口感染是全球公共卫生的重大负担，尤其当遭遇耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)等耐药病原体时，传统抗生素治疗常因生物膜屏障和宿主微环境失调而失效。高血糖、活性氧(ROS)积累与细菌感染形成恶性循环，导致血管生成受阻和细胞外基质(ECM)重塑失败。现有疗法难以同步解决耐药菌清除、代谢调控和组织再生三重挑战，亟需开发新型多功能治疗平台。

西北工业大学吴祥龙团队在《Journal of Nanobiotechnology》发表研究，设计出基于壳聚糖的COG-Z@P200水凝胶，通过整合聚多巴胺包被的ZIF-8纳米颗粒(ZIF-8@PDA NPs)，实现物理穿刺与代谢干扰的双重杀菌机制。研究采用转录组学和代谢组学解析抗菌靶点，建立MRSA感染的糖尿病小鼠模型验证疗效，并通过流变学测试、红外热成像、免疫荧光等技术评估材料性能。

材料表征与制备
通过溶胶-热法合成533 nm ZIF-8@PDA NPs，TEM显示其核壳结构，XPS证实PDA成功包被。动态光散射显示ZIF-8@PDA电位降至-45 mV，稳定性增强。将NPs与氧化海藻酸钠(OSA)、羧甲基壳聚糖(CMCS)和明胶通过动态希夫碱反应交联，10秒内形成双网络水凝胶，SEM显示均匀多孔结构。

光热与抗菌性能
808 nm近红外(NIR)照射下，COG-Z@P200在5分钟内升温至49.5°C，光热转换效率达25.27%。协同Zn²⁺释放引发细菌膜穿孔(β-半乳糖苷酶活性提升3倍)，导致ATP泄漏和DNA/RNA外流。透射电镜可见MRSA膜皱缩破裂，菌落实验显示抗菌率>99.5%。

代谢干预机制
转录组发现下调糖酵解(eno/gap)、TCA循环(sucC/sdhA)和精氨酸合成(arcA/arcC)通路，抑制群体感应基因(agr/sec)。代谢组显示琥珀酸和N2-乙酰鸟氨酸水平降低，致MRSA能量崩溃。

动物模型验证
在MRSA感染的糖尿病小鼠中，COG-Z@P200+NIR5组14天伤口愈合率达对照组的148%，DHE染色显示ROS降低60%。免疫荧光证实M2型巨噬细胞(Arg-1⁺)占比提升2倍，CD31⁺血管密度增加80%，Masson染色显示胶原排列更有序。

该研究开创性地将纳米材料杀菌策略与宿主微环境重塑相结合：通过靶向病原体能量代谢关键酶和毒力因子，突破生物膜防护；同时调控氧化-炎症-代谢交叉对话，实现感染控制与组织再生协同。这种"一石三鸟"的治疗策略为慢性伤口管理提供了全新范式，尤其适用于高糖环境下多重耐药菌感染的治疗。