高血糖驱动的 pH 门控多酶级联纳米粒子微针用于糖尿病感染性伤口的程序化治疗

《Journal of Nanobiotechnology》：Hyperglycemia-driven pH-gated multi-enzyme cascade nanoparticle microneedles for programmed therapy of diabetic infected wounds

　　

摘要

慢性糖尿病伤口由于持续高血糖、反复感染和炎症失调而愈合不良，而其复杂的微环境带来了巨大的治疗挑战。然而，主动调节伤口微环境以实现微环境响应性治疗的治疗策略在很大程度上仍未得到探索。在此，我们工程化了一种仿生多酶纳米酶，并将其整合到适应性 PBEG@GelMA 水凝胶微针系统中，将过量葡萄糖转化为抗菌治疗的内源性底物。该系统建立了一种葡萄糖响应和 pH 依赖的催化策略，具有协调的类 POD、CAT 和 SOD 活性，能够整合调节血糖水平、细菌感染、氧化应激和伤口微环境。机制上，(i) 葡萄糖氧化酶 (GOx) 感知高血糖，消耗葡萄糖，并生成葡萄糖酸和 H₂O₂，在剥夺细菌营养的同时启动类 POD 催化；(ii) 在酸性条件下，GOx 的解离暴露出带正电的 PB@EPL，其结合到带负电的细菌表面并增强类 POD 活性，将 H₂O₂ 转化为高反应性的·OH，以超过 99.56% 的杀菌率有效消除细菌和生物膜；以及 (iii) 在感染控制和 pH 值恢复正常后，类 SOD 和 CAT 活性去除多余的 O₂^·? 和 H₂O₂，同时生成氧气以缓解缺氧和炎症。这种微环境响应级联支持抗菌治疗及随后的组织再生，促进血管生成、胶原沉积和代谢稳态，从而打破高血糖 - 感染 - 炎症的恶性循环。

图文摘要

一个智能的 PBEG@GelMA 微针平台，具备环境响应性、酶级联反应和光热增强功能，能够实现葡萄糖调节、抗菌和抗炎治疗，从而实现深层组织干预。