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新型姜黄素-环糊精杂化纳米粒:一种通过协同抗氧化、抗炎和抗菌作用加速伤口愈合与组织再生的多功能策略
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月21日 来源:BMC Biotechnology 3.5
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本研究针对皮肤伤口治疗中面临的微生物感染、成纤维细胞活性受损及胶原重塑障碍等临床挑战,开发了基于β-环糊精(β-CD)和Pluronic F-68的姜黄素杂化纳米粒(Cur/CD-HNPs)。通过纳米沉淀技术构建的载药系统展现出150.5±2.8 nm粒径、90.2±2.35%包封率及pH/热稳定性,体外实验证实其具有97.93%蛋白变性抑制率、100% ABTS自由基清除能力及广谱抗菌活性。大鼠烧伤模型显示该纳米粒能显著加速伤口闭合(P<0.05),组织学分析揭示其促进上皮化、胶原沉积和血管新生,为临床创面管理提供了兼具缓释特性和多重生物活性的新型治疗平台。
皮肤创伤修复一直是临床面临的重大挑战,全球每年约有1100万严重烧伤患者,其中15%的伤口在一年后仍无法愈合。慢性伤口因持续炎症、糖尿病等并发症更易形成瘢痕,传统治疗手段在控制感染、促进组织再生等方面存在明显局限。姜黄素(Curcumin, Cur)虽具有抗氧化、抗炎和促血管生成等多重功效,但其水溶性差(0.4μg/mL)、光敏感性和低生物利用度严重制约临床应用。如何突破这些限制,将姜黄素的治疗潜力转化为实际疗效,成为研究者亟需解决的课题。
针对这一科学难题,埃及国家研究中心的Heidi M. Abdel-Mageed团队创新性地将β-环糊精(β-CD)的主客体包合特性与纳米载体技术相结合,通过优化纳米沉淀工艺,成功构建了Cur/CD-HNPs杂化系统。该研究通过系统的体外表征和动物实验验证,证实这种新型纳米制剂能同步解决药物递送和疗效提升两大核心问题,相关成果发表在《BMC Biotechnology》期刊。
研究团队采用纳米沉淀法制备纳米粒,通过动态光散射(DLS)测定粒径和Zeta电位,傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析分子相互作用,扫描电镜(SEM)观察形貌。体外评价包括:ABTS法和BSA变性实验检测抗氧化/抗炎活性,琼脂扩散法测试抗菌效果,MTT法考察细胞毒性,划痕实验分析成纤维细胞迁移。体内实验使用32只雌性Wistar大鼠建立烧伤模型,通过伤口闭合率和组织学染色(Masson三色/H&E)评估疗效。
纳米粒的理化特性
优化后的Cur/CD-HNPs呈现单分散球形结构(PDI=0.20±0.03),负电性表面(-18.5±0.59 mV)增强稳定性。XRD证实药物以无定形态存在于β-CD空腔中,结晶度降低至0.79。FTIR显示Cur特征峰保留,表明包合过程未破坏其化学结构。该体系在pH 4-10和100°C加热条件下仍保持83.48%药物保留率,90天储存后包封率仅下降3.8%。
多功能生物活性
纳米化使Cur的ABTS自由基清除IC50从21.27μg/mL降至12.85μg/mL,对BSA变性的抑制率达97.93%。对金黄色葡萄球菌(S. aureus)的抑菌圈直径达25.8mm,显著优于物理混合物(22.25mm)。划痕实验显示纳米粒处理组24小时伤口闭合率达82%,较对照组提升64%。
体内伤口愈合
烧伤大鼠每日外用Cur/CD-HNPs水凝胶14天后,伤口收缩率(110.0±2.6%)显著优于空白组(147.9±4.3%)。组织学显示治疗组上皮厚度增加2.3倍,胶原纤维排列更致密,毛囊和皮肤腺体再生明显。
该研究通过巧妙的杂化纳米设计,实现了三大突破:首先,β-CD与Pluronic F-68的协同作用使Cur溶解度提升215倍;其次,胆固醇的引入增强膜刚性,药物泄漏率降低至0.8%;最后,纳米尺寸效应促进皮肤渗透和细胞摄取。这些特性使Cur/CD-HNPs能同时调控氧化应激(通过Nrf2通路)、炎症反应(抑制TNF-α)和微生物感染三大伤口愈合障碍因素。
从转化医学角度看,这种"一石三鸟"的治疗策略具有重要临床价值:其制备工艺简单,适合放大生产;水凝胶剂型便于临床使用;多重机制协同作用可减少抗生素和生长因子的联用需求。未来研究可进一步探索该平台在糖尿病足溃疡等难愈性创面中的应用潜力,或通过表面修饰实现靶向递送。这项研究为天然药物纳米化提供了范式,也为多功能伤口敷料的开发开辟了新思路。
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