DOI: 10.1021/acsami.9b21683
傷口愈合延遲和住院時間延長通常與急性和慢性傷口的細菌定植相關。多重耐藥菌的增多以及局部抗菌藥物的生物相容性差，確保了抗微生物劑的安全性和療效。在不干擾哺乳動物細胞增殖和遷移的情況下，靶向微生物膜的抗微生物劑在創傷治療中具有廣闊的前景。本文報道了一種超親水性電紡明膠納米纖維敷料（NFDs）的用途，該敷料包含廣譜抗微生物聚合物ε-聚賴氨酸（εPL），可通過聚多巴胺（pDA）交聯來治療二級燒傷。在部分厚度燒傷的豬模型中，與未經治療的燒傷相比，NFDs促進了傷口閉合，減少了增生性瘢痕。對與燒傷接觸的NFDs的分析表明，敷料能捕獲早期定植細菌并激發殺菌活性，從而為成纖維細胞遷移和再上皮化創造一個無菌的傷口床。為支持這些觀察結果，在銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌定植的部分厚度燒傷的豬模型中，NFDs降低了細菌生物負載，促進了傷口閉合和再上皮化。NFDs的臨床療效優于標準銀敷料。新開發的敷料在臨床前模型中具有優異的生物相容性和抗菌效果，這也證明了其在不影響組織再生的情況下用于處理感染傷口的臨床應用潛力。
圖1.εPL的抗菌特性。（A）熱圖顯示εPL對多種抗生素敏感性/耐藥性微生物的最小抑菌濃度（MIC）分布。熱圖中的每一行表示單個物種中的不同菌株。（B）Sytox green（SG）分析，顯示了用εPL（16μg/mL）處理細菌細胞后不可透過膜的染料的吸收。（C）在細菌生長20天后，用尚不致命濃度的慶大霉素，加替沙星和εPL繁殖的銅綠假單胞菌（ATCC 9027）MIC的倍數變化。（D）用不同濃度εPL處理的銅綠假單胞菌O1生物膜中細胞活力的定量。（E）暴露于不同濃度εPL后，PA O1生物膜的共聚焦顯微鏡活/死細胞圖像。比例尺=10μm。
圖2.共聚焦圖像證實了εPL在預防銅綠假單胞菌或金黃色葡萄球菌感染對宿主細胞的不利影響方面的能力。（A）未處理的hDFs（未感染），顯示完整的細胞骨架和核形態；（B）感染金黃色葡萄球菌菌株的hDFs（感染復數，MOI=25）顯示出變形的細胞形態。請注意，肌動蛋白絲附近存在大量金黃色葡萄球菌（綠色信號）。（C）在預防模式下（即在微生物感染之前）和（D）回歸模式下（即在宿主細胞感染后2小時）的εPL的作用。（E）感染PAO1_gfp株的hDFs（感染復數，MOI=25）。（F）和（G）εPL在預防和回歸模式中的作用。注意在兩種情況下都沒有任何綠色信號（由于PAO1_gfp），表明該聚合物具有強大的抗菌活性。對于所有實驗，εPL的終濃度為1 mg/mL。比例尺=10 μm。
圖3.在刮傷試驗中，εPL對各種條件下hDFs細胞遷移的影響。（A）照片顯示εPL（1 mg/mL）在兩個不同時間點對hDFs遷移的影響。（B）與未處理或存在成纖維細胞生長因子的細胞遷移相比，εPL濃度取決于時間的變化。（C）εPL消除了從金黃色葡萄球菌ATCC 29213菌株中收集的細菌分泌體的抑制作用。在25％（v/v）時，金黃色葡萄球菌分泌基因組抑制了細胞遷移，而εPL（1 mg/mL）的摻入挽救了hDFs的遷移。（D）顯示RWC值隨時間變化的圖，所有結果均為2個獨立重復實驗的平均值。
圖4.含有εPL的納米纖維敷料的抗菌特性。（A）用聚多巴胺交聯的εPL負載明膠納米纖維的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。（B-D）高分辨率N1s XPS掃描顯示摻入納米纖維敷料后εPL的化學狀態。εPL_Gel_pDA敷料具有長期的抗菌活性。（E）MRSA 9808R和（F）銅綠假單胞菌ATCC 9027菌株。請注意，即使在PBS中浸泡35天后也沒有任何細菌生長，這證明了敷料具有出色的耐久性。
圖5.負載εPL的電紡納米纖維墊的體外生物相容性。（A）HaCaT和（B）hDFs接種在含有εPL的電紡明膠納米纖維上的細胞增殖測定。使用線性校準曲線將通過MTS分析獲得的代謝活性轉化為細胞數。總細胞數據分別來自蓋玻片和測試組的三個獨立的一式三份實驗的平均值±標準偏差。代表性的共聚焦圖像顯示了接種在Gel_pDA和εPL_Gel_pDA納米纖維墊上的（C）HaCaT細胞和（D）hDFs的形態。比例尺=20 μm。SEM圖像顯示了在εPL_Gel_pDA納米纖維墊上接種后（E）4天和（F）7天時hDFs的形態。
圖6.在局部厚度燒傷后，納米纖維敷料對皮膚創面愈合的影響。（A）數字圖像顯示應用銀和εPL_Gel_pDA敷料后傷口愈合的進展。敷料一周換兩次。比例尺=1 cm。（B）根據平均Bates-Jensen評分（每組4個傷口）對傷口狀況進行總體評估。銀質敷料治療的傷口在紅色條中突出顯示，而εPL_Gel_pDA敷料在藍色條中突出顯示。（C）通過對每次換藥后拍攝的數碼照片進行平面分析，確定傷口閉合度（平均值±標準偏差）。注：傷后第31天觀察到經εPL_Gel_pDA敷料治療的燒傷完全愈合，而銀敷料為35天。（D）在第46天，對用抗菌敷料治療的傷口的皮膚活檢進行H&E和Masson三色染色。比例尺=100μm。（E）受傷后第7天從傷口處取出納米纖維敷料的掃描電鏡圖像。注意纖維形態的喪失和表面變形的類球菌物種的存在。比例尺=1μm（F）。示意圖顯示了燒傷后納米纖維敷料可能的作用機理。早期的定植者，如金黃色葡萄球菌或銅綠假單胞菌，遷移到傷口部位，被超親水敷料吸收。聚合物優異的細胞選擇性只會破壞細菌膜，從而形成有利于引導細胞遷移和通過產生膠原再上皮化的傷口床。
圖7.納米纖維敷料對銅綠假單胞菌感染燒傷創面愈合的影響。（A）數字圖像顯示了應用銀和εPL_Gel_pDA敷料以及未經治療的燒傷后傷口愈合的過程。每周更換兩次敷料。比例尺=1 cm。（B）基于平均Bates-Jensen評分（每組n=5個傷口）對傷口狀態的總體評估。用銀敷料處理過的傷口在紅色條中突出顯示，而εPL_Gel_pDA敷料在藍色條中突出顯示。（C）通過每次換藥后拍攝的數碼照片的平面分析確定傷口閉合度（平均值±標準偏差）。通過Mann-Whitney檢驗，**p＜0.01。（D）用抗微生物敷料處理后的銅綠假單胞菌生物負載。在使用和不使用抗菌敷料的情況下，銅綠假單胞菌定植的局部厚度燒傷的組織學分析。（E）接種后第1天和第32天活檢的蘇木精和曙紅（H＆E）染色。比例尺=100μm。（F）接種后各個時間點進行的活檢的Masson三色（MT）染色。比例尺=100μm。
圖8.納米纖維敷料對金黃色葡萄球菌定植的燒傷后皮膚傷口愈合的影響。（A）數字圖像顯示了在應用銀和εPL_Gel_pDA敷料后傷口愈合的過程。比例尺=1 cm。每周更換兩次敷料。（B）基于平均Bates-Jensen評分（每組n=5個傷口）對傷口狀態的總體評估。用銀敷料處理過的傷口在紅色條中突出顯示，而εPL_Gel_pDA敷料在藍色條中突出顯示。（C）通過每次換藥后拍攝的數碼照片的平面分析確定傷口閉合度（平均值±標準偏差）。通過Mann-Whitney試驗，**p <0.01。（D）用抗菌敷料處理后的金黃色葡萄球菌生物負載。（E）用εPL_Gel_pDA敷料和對照銀敷料治療后，金黃色葡萄球菌定植的傷口活檢的H＆E染色。（F）用εPL_Gel_pDA敷料和對照銀敷料治療后，金黃色葡萄球菌定植的傷口活檢的Masson三色染色。
微信二維碼
