两性离子壳聚糖修饰的缺陷型非晶ZnCuAl-LDH滴眼液高效治疗细菌性角膜炎

为解决抗生素滥用导致的细菌耐药性问题，研究人员开发了基于两性离子壳聚糖修饰的缺陷型非晶ZnCuAl-LDH（ZC@a-LDH）纳米滴眼液。该研究通过酸蚀刻策略构建了具有结构缺陷的LDH纳米片，结合静电相互作用、Zn2+/Cu2+抗菌离子和缺陷介导的电荷传输协同作用，实现了12 μg mL?1的最低抑菌浓度（MIC），并在小鼠模型中显著优于传统妥布霉素（TOB）。该成果为耐药性细菌性角膜炎提供了无外源刺激的新型治疗策略，发表于《Materials Today Bio》。

　　

细菌性角膜炎是一种由细菌感染引起的常见角膜炎症，可导致角膜穿孔和永久性视力丧失。目前临床主要依赖抗生素滴眼液治疗，但抗生素滥用加速了耐药菌株的全球蔓延，传统治疗手段面临严峻挑战。此外，现有无机纳米抗菌材料（如Cu_2-xSe、Ag NPs等）多需依赖激光、超声或X射线等外源刺激激活抗菌活性，可能对眼部组织造成损伤。因此，开发一种无需外源刺激、高效且生物相容性好的新型抗菌滴眼液成为迫切需求。

针对这一难题，河南省眼科研究所等机构的研究人员设计了一种两性离子壳聚糖修饰的缺陷型非晶ZnCuAl-LDH（ZC@a-LDH）纳米滴眼液。通过酸蚀刻法制备具有结构缺陷的非晶LDH（a-LDH），并利用季铵化壳聚糖-苯硼酸-聚乙二醇（QCS-PBA-PEG）修饰提升其分散稳定性。研究发现，ZC@a-LDH通过静电吸附、金属离子释放和缺陷介导的电荷传输三重机制协同作用，对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的MIC低至12 μg mL^?1，且在小鼠模型中疗效显著优于妥布霉素（TOB）。该成果发表于《Materials Today Bio》，为耐药性眼部感染提供了创新解决方案。

研究团队采用以下关键技术：1）共沉淀法合成ZnCuAl-LDH纳米片，通过酸蚀刻构建缺陷型非晶结构（a-LDH）；2）EDC/NHS偶联法制备QCS-PBA-PEG修饰剂；3）CCK-8法评估细胞毒性；4）微量肉汤稀释法测定MIC；5）建立小鼠细菌性角膜炎模型，通过裂隙灯显微镜、H&E染色和免疫荧光分析疗效。

3.1 LDH的合成与表征
通过XRD、AFM和HRTEM证实成功制备了厚度6-9 nm、尺寸70-120 nm的结晶LDH纳米片，EDX显示Zn、Cu、Al元素均匀分布。XPS分析表明LDH表面存在Zn²⁺、Cu²⁺和Al³⁺。

3.2 a-LDH的合成与表征
酸蚀刻后LDH转变为非晶结构（XRD无衍射峰），ESR检测到g=2.2的信号证实氧空位（OVs）生成。QCS-PBA-PEG修饰使ZC@a-LDH的Zeta电位升至40.8 mV，粒径111.3 nm，且在7天内保持稳定分散。

3.3 体外抗菌活性
ZC@a-LDH对S. aureus的MIC（12 μg mL^?1）低于ZC@LDH（16 μg mL^?1）。活/死菌染色显示ZC@a-LDH处理组细菌膜破裂率显著升高（PI红色荧光增强），SEM观察到严重结构损伤。CCK-8实验证实其在100 μg mL^?1浓度下对HCE-2和CCL-20.2细胞的存活率仍>80%。

3.4 体内抗菌活性
小鼠模型中，ZC@a-LDH治疗7天后角膜透明度完全恢复，临床评分最低。H&E染色显示其能完全抑制炎症细胞浸润，角膜厚度恢复正常。免疫荧光检测证实IL-1β和TNF-α表达降至正常水平，且主要器官未见病理异常。

该研究创新性地通过缺陷工程提升LDH纳米片的抗菌性能，ZC@a-LDH滴眼液兼具三重抗菌机制：1）正电性纳米片与带负电细菌膜的静电吸附；2）Zn²⁺/Cu²⁺诱导蛋白质变性和DNA损伤；3）氧空位促进电荷传输破坏膜完整性。相比需要外源激发的纳米抗菌剂，ZC@a-LDH实现了“自主抗菌”，为耐药性眼部感染的治疗提供了新范式。此外，两性离子修饰策略解决了LDH在眼表给药中的分散稳定性难题，为其在其它眼科疾病中的应用奠定基础。这项工作不仅拓展了LDH纳米材料的生物医学应用场景，也为开发新型智能抗菌材料提供了理论指导。