锰-姜黄素原位成膜纳米酶薄膜通过光热抗菌与抗炎作用促进糖尿病创面愈合

《Materials Today Bio》：In Situ-Forming Manganese-Curcumin Nanozyme Film Promotes Diabetic Wound Healing via Photothermal Antibacterial and Anti-Inflammatory Actions

　　

研究人员开发了一种无载体的锰-姜黄素（Mn-Cur）纳米酶，其具有超氧化物歧化酶（SOD）与过氧化氢酶（CAT）模拟活性。通过将普鲁士蓝（PB）修饰于Mn-Cur表面，得到Mn-Cur@PB（MC@PB）纳米复合材料，使体系兼具双重活性氧（ROS）清除与808 nm近红外（NIR）光热灭菌能力。PB涂层赋予光热抗菌能力和更好生物相容性。研究人员将MC@PB引入丝素蛋白（SF）-聚乙烯醇缩丁醛（PVB）体系，在创面原位形成多功能薄膜（SPMP）。SPMP联合NIR可清除感染、减轻炎症、促进血管生成。该SPMP在糖尿病感染全层皮肤缺损小鼠模型中显著加速创面闭合，其机制包括级联清除•O2-与H2O2、姜黄素酚羟基清除•OH、NIR下光热破坏细菌膜、下调IL-6与TNF-α、上调TGF-β并增强CD31阳性血管生成，从而实现从炎症期向增殖期过渡。

研究背景方面，慢性创面愈合面临持续感染、氧化应激和慢性炎症形成的恶性循环，住院慢性创面患者中50–60%存在活动性感染，氧化还原失衡与血管受损使创面微环境富含活性氧（ROS）。现有标准治疗依赖清创、抗生素和植皮，操作复杂、费用高，且不能同时解决感染、氧化与炎症障碍。纳米酶相较天然酶具有易制备、催化多样、稳定性高和利于转化等优势；多酚-金属纳米酶可通过金属配位、π-π堆积和疏水作用自组装，金属中心提供SOD样和CAT样活性，酚类基团直接淬灭自由基并破坏细菌膜。姜黄素作为天然多酚可螯合Zn²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺和Mn²⁺，但既往研究多聚焦Zn²⁺配位纳米粒，常需加热且缺乏酶模拟活性。因此，研究人员开展本研究，构建室温配位自组装的无载体Mn-Cur纳米酶，并借助PB修饰增强光热与免疫调节功能，再将其嵌入SF-PVB原位成膜体系，用于糖尿病感染创面管理。该研究发表于《Materials Today Bio》，意义在于把抗氧化、光热抗菌、抗炎和促血管生成整合到可贴合不规则创面、易移除的单平台中，为慢性创面临床敷料设计提供可转化思路。

主要关键技术方法上，研究人员以KM小鼠（雄性，6–8周，20–25 g）为模型动物，经链脲佐菌素（STZ）诱导糖尿病后建立背部10 mm直径感染全层皮肤缺损模型，菌悬液为1×10⁹ CFU/mL。材料端采用稀释法室温配位自组装制备Mn-Cur，再以K₄[Fe(CN)₆]与FeCl₃慢速沉积PB得到MC@PB-1和MC@PB-2；将MC@PB-2分散入SF溶液后与PVB乙醇溶液混合制SPMP前体。评价方法包括NBT法测•O₂^-清除、溶解氧监测测CAT样活性、Fenton-水杨酸探针测•OH清除、ABTS•⁺与DPPH•清除、808 nm NIR平板菌落计数抗菌、HUVEC（人脐静脉内皮细胞）迁移与MTT相容性、LPS刺激的RAW 264.7巨噬细胞ELISA炎症因子检测，以及体内创面闭合、H&E、Masson、CD31/IL-6/TNF-α免疫组化分析。

2.1 合成与表征Mn-Cur和MC@PBs纳米酶：研究人员通过SEM、TEM、EDS、UV–vis、Zeta、XRD、FTIR和XPS表征发现，Mn-Cur为无定形球粒，PB沉积后形成核壳结构；XPS显示PB包被后出现Mn(III)特征峰，说明PB调节Mn价态，进而调控SOD/CAT样活性。

2.2 Mn-Cur、MC@PB-1和MC@PB-2的抗氧化能力：通过自由基清除实验得出，PB修饰增强SOD样活性和ABTS•⁺、DPPH•清除，但降低CAT样活性和•OH清除；MC@PB-2的•O₂^-清除优于Mn-Cur，其级联反应可将•O₂^-转为H₂O₂与O₂，再经CAT样反应分解为H₂O和O₂。

2.3 Mn-Cur、MC@PB-1和MC@PB-2的抗菌活性：通过808 nm NIR照射与活死染色、SEM、260 nm泄漏实验得出，MC@PB-2光热升温至50.2 °C，NIR下对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）存活率分别降至3.93%和0.08%，机制为光热破坏膜完整性并致胞内物质外泄。

2.4 SP和SPMP薄膜的合成与表征：通过接触角、水蒸气透过率（WVTR）、拉伸测试和乙醇溶解实验得出，SPMP厚约50 μm，接触角57.91°，WVTR约1.2 mg/(cm²•h)，拉伸强度13.78 MPa，乙醇中可移除，MC@PB-2加入不显著改变力学与透气性能。

2.5 MC@PB-2和SPMP的细胞相容性、抗炎与迁移：通过HUVEC MTT、溶血、划痕和LPS巨噬细胞ELISA及iNOS/ROS荧光得出，MC@PB-2在200 μg/mL仍高存活，SPMP提取液促迁移优于对照；纳米酶降低IL-6、TNF-α、iNOS和ROS，上调TGF-β，使巨噬细胞向免疫调节表型偏移。

2.6 小鼠体内糖尿病创面愈合：通过14天体内实验得出，SPMP+NIR组第14天相对创面面积8.90%，优于对照38.60%；第5天细菌负荷降低，第14天表皮再生更完整、胶原体积分数最高，IL-6和TNF-α下降，CD31阳性血管生成升至对照2.81倍。

讨论部分总结：研究人员指出SPMP+NIR可同时抗感染、清ROS、抗炎并促血管化，乙醇前体虽有初期抗菌贡献，但MC@PB-2+NIR组已证明纳米酶本身效力；研究局限是体内未设MC@PB-2无NIR及SP+NIR组，未来需用无乙醇配方和更完整分组验证。结论部分翻译如下：总之，研究人员通过Mn²⁺与姜黄素配体顺序配位和自组装，在室温下成功制备Mn-Cur纳米酶，并经PB表面修饰获得MC@PB纳米复合材料。所得纳米酶具有本征SOD和CAT样活性，可通过级联反应高效清除H₂O₂和•O₂^-；Mn-Cur还可清除•OH，PB修饰在维持该能力的同时提供综合抗氧化保护。MC@PB在NIR照射下具高效抗菌活性，并可减弱促炎巨噬细胞活化、诱导免疫调节表型，从而缓解炎症。研究人员将MC@PB并入SF-PVB基质形成多功能薄膜SPMP，可在创面原位成膜，具备透气、保湿和易移除特性。在糖尿病感染小鼠创面模型中，SPMP联合NIR可减少细菌负荷、减轻炎症并促进血管生成，最终加速创面闭合。这些结果支持SPMP作为感染型糖尿病创面管理治疗性敷料的潜力。