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新型多模式抗菌与愈合促进纳米系统：SNO-CS@MoS₂ 的研究
研究概述：
穆志翔 (Zhixiang Mu)、金婷 (Ting Jin) 及其团队在本文中介绍了一种新型的多功能纳米材料 SNO-CS@MoS₂，它结合了一氧化氮(NO)气体疗法与光热疗法(PTT)，为感染性软组织创面的治疗提供了多模式综合疗法的全新范式。本文发表于《Journal of Nanobiotechnology》 (2023年, 卷21: 463)，其在线可访问性为开放获取。这项研究提出了一种非抗生素治疗感染的方法，既能够高效杀菌，又能促进伤口愈合，为抗菌材料和组织修复领域带来了新的突破。
研究背景
皮肤和软组织感染 (Skin and Soft Tissue Infections, SSTIs) 是临床皮肤科的常见疾病。开放性伤口非常容易受到细菌入侵，导致感染，不仅使伤口愈合延迟，甚至可能引发危及生命的全身性问题。现行治疗主要依赖抗生素，但抗生素治疗存在以下局限性：
- 多重药物耐药性：由于抗生素滥用，细菌十分容易获得多重耐药性，已成为全球重大公共健康威胁之一。
- 副作用风险：长期使用抗生素可能引发如肝损伤等毒副作用。
- 治疗效果有限：抗生素难以促进快速伤口闭合或长期组织再生，且可能延长治疗时间并增加继发感染风险。
光热疗法(PTT)是一种新兴的替代方法，其利用近红外光(NIR)触发光热剂(PTAs)释放局部高温，破坏病菌细胞膜和蛋白质。然而，仅依赖PTT面临热稳定性较差、应用剂量过高容易损伤健康组织、以及对愈合过程的潜在影响等问题。
基于上述背景，研究者开发了结合NO气体疗法和PTT的新型纳米系统，以弥补单一疗法的不足并实现其在更安全、更高效抗菌及快速愈合中的应用。
研究设计与工作流
1. 材料的开发与制备
- 薄层MoS₂纳米片的制备：通过液相剥离技术处理二硫化钼 (MoS₂)，获得单层及少层的MoS₂纳米片，分散在去离子水中，形成透明均匀的深绿色悬浮液。结果通过UV-Vis光谱、拉曼光谱和电子显微镜确认。
- SNO修饰壳聚糖(SNO-CS)的合成：在3-硝酰丙酸与壳聚糖的氨基通过酰胺化反应成功连接。FT-IR和UV-Vis光谱分析证实了SNO基团的引入。
- SNO-CS@MoS₂的制备：利用静电相互作用，将SNO-CS负载到MoS₂表面，形成黑色粉末状的SNO-CS@MoS₂材料。
2. 表征与光热性能评估
- SNO-CS@MoS₂显示出卓越的光热性能，其在近红外激光(808 nm)照射下温度能够迅速升高，与纯MoS₂的光热转化效率相似（约23.75%）。
- 长期热稳定性分析表明，SNO-CS修饰显著改善了MoS₂材料的稳定性。
3. NO释放调控的分析
- 实验证明在NIR光照控制下，SNO-CS@MoS₂能够释放高浓度NO，而自然环境下则缓慢释放微量NO，有效结合抗菌与愈合促进双重作用。
4. 体外抗菌性能
- 以葡萄球菌(Staphylococcus aureus, 包括MRSA)和大肠杆菌(Escherichia coli)为模型，对抗菌效果进行评估。SNO-CS@MoS₂结合NIR光照实现了超过4个数量级(log reduction)的细菌杀灭率。
- 使用蛋白泄漏和ATP合成障碍实验探讨其抗菌机制：该材料通过物理高温和化学NO协同作用破坏细菌细胞膜，导致细胞内容物泄漏并抑制能量生成。
5. 细胞生物相容性与愈合促进
- SNO-CS@MoS₂对L929成纤维细胞显示出良好的生物安全性，200 μg/mL浓度下的存活率超过85%。
- 在生理条件下，材料缓释NO能够显著提高VEGF (血管内皮生长因子) 和CD31的表达水平，促进血管新生以及细胞迁移和增殖。
6. 动物模型展示实际疗效
- 在建立的S. aureus感染皮肤缺损大鼠模型中，SNO-CS@MoS₂+NIR不仅在1天内显著减少感染部位的菌落总数，还加速了伤口的愈合。伤口面积在第11天缩小至不到3%的初始面积。
主要研究结果
- 抗菌效能：结合NO释放与PTT的多模式疗法展示了优于传统抗菌手段的广谱、高效杀菌能力。
- 组织再生：SNO-CS@MoS₂可通过缓释微量NO，显著增强血管生成和上皮细胞的迁移与增殖，从而促进感染性伤口的快速愈合。
- 生物安全性：材料经过体外和体内试验显示出优异的相容性以及对周围健康组织的低毒性，未引起血液或主要脏器的副作用。
本研究的突破意义
SNO-CS@MoS₂是首个将NO气体疗法与光热疗法高效结合的材料系统，创新性地解决了感染治疗中的多药耐药性难题，并通过协同杀菌和组织修复实现了一剂多效。这一研究不仅对抗菌材料的发展具有重要推动作用，还为临床上治疗复杂创面（如烧伤、糖尿病足等）提供了潜在的高效新方案。
未来，该技术体系的进一步优化（如大规模合成和便捷的生物医疗设备集成）有望推动其临床转化，开辟非抗生素感染治疗的新篇章。