类型a：原创性研究学术报告
作者及机构
本研究的通讯作者为Yuan-di Zhao（华中科技大学生命科学与技术学院、武汉光电国家研究中心Britton Chance生物医学光子学中心）、Jian-hao Wang（常州大学药学院）和Qiu-ran Xu（浙江省人民医院/杭州医学院附属人民医院肿瘤分子诊断与个体化治疗浙江省重点实验室）。第一作者为Xiao-ling Lei和Kai Cheng（共同一作）。研究发表于Chemical Engineering Journal（2023年3月在线发表，卷462，文章编号142222）。
学术背景
科学领域与背景
本研究属于生物医学工程与抗菌治疗交叉领域，聚焦慢性伤口（如糖尿病伤口、压疮）的细菌生物膜（biofilm）感染治疗难题。生物膜由细菌分泌的胞外聚合物（EPS）包裹形成，厚度常超过100 μm，可逃避宿主免疫攻击并阻碍药物渗透，导致传统局部给药（如乳膏、凝胶）失效。此外，生物膜的弱酸性微环境（pH 5.5–6.5）为药物递送系统的设计提供了靶向突破口。
研究目标
团队旨在开发一种pH响应性可降解微针贴片（microneedle patch, MN），负载由抗菌肽（antimicrobial peptide, AMP）与光敏剂氯e6（chlorin e6, Ce6）耦联形成的胶束（micelle），通过微针物理穿透生物膜并结合光动力疗法（photodynamic therapy, PDT）实现协同抗菌，最终促进慢性伤口愈合。
研究流程与实验设计
1. 材料合成与表征
- pH响应性三嵌段聚合物（DMA-PEI-PLGA, DPP）合成：通过PEI-PLGA与2,3-二甲基马来酸酐（DMA）的酰胺化反应制备，经核磁共振（1H NMR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证结构。DMA在酸性条件下脱落，使胶束表面电荷由负转正，增强细菌靶向性。
- 抗菌肽AMP-Ce6合成：采用Fmoc固相合成法构建肽链IRVKIRVKIRVK（AMP），再耦联Ce6，经液相色谱-质谱（LC-MS）确认分子量（[M+2H]2+=1044.12 m/z）。
2. 胶束（DPP@AC）制备与性能测试
- 自组装：DPP与AMP-Ce6通过疏水作用形成粒径约68 nm的胶束（透射电镜TEM验证），载药量31.5%。
- pH响应性验证：动态光散射（DLS）显示，pH 7.4时胶束电位为-5.97 mV，pH 6.5时转为+7.39 mV，pH 5.5时崩解释放药物。
- 体外抗菌实验：
- 最小抑菌浓度（MIC90）：针对金黄色葡萄球菌（S. aureus），AMP-Ce6在激光照射下MIC90 μM，抑制90%生物膜形成（结晶紫染色定量）。
- 活性氧（ROS）生成：通过DPBF试剂检测，证实激光（660 nm）触发胶束产生单线态氧（1O2）。
3. 微针贴片制备与体内外评估
- 微针制备：以甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）为基质，通过两步离心浇铸法构建400针阵列（针高600 μm，基底直径250 μm）。
- 皮肤穿透与降解：微针10分钟内溶解于小鼠皮肤间质液，荧光标记显示穿透深度200–300 μm。
- 糖尿病小鼠感染模型：链脲佐菌素（STZ）诱导I型糖尿病，背部全层皮肤伤口接种S. aureus（107 CFU/mL）形成生物膜。
- 治疗效果：MN/DPP@AC联合激光照射组15天内伤口完全愈合（H&E染色显示表皮再生），细菌载量显著降低（平板计数），胶原沉积增加46%（Masson染色），血管生成提升24%（CD31免疫组化）。
主要结果与逻辑链条
1. 胶束的pH响应性：酸性环境下电荷反转（图3f）和药物释放（图3d）增强细菌靶向，体外实验证实其对S. aureus和E. coli的广谱杀菌效果（图4a–b）。
2. 光动力协同效应：激光激活Ce6产生活性氧，与AMP共同破坏细菌膜（TEM显示膜破裂，图5），使生物膜抑制率提升至90%（图4d）。
3. 微针递送优势：HAMA微针快速降解并穿透生物膜（图6h），体内实验显示MN/DPP@AC+激光组伤口无脓液且上皮化完全（图7b–c）。
结论与价值
科学价值：
- 提出“电荷反转胶束+光动力微针”协同策略，解决生物膜药物渗透难题。
- 首次将pH响应性聚合物DMA-PEI-PLGA与AMP-Ce6结合，实现酸性微环境触发释药。
应用价值：
- 为慢性感染伤口提供无创、精准的治疗方案，避免全身毒性。
- 微针贴片可扩展至其他难治性生物膜感染（如牙周炎、植入物感染）。
研究亮点
1. 创新递送系统：DPP@AC胶束兼具pH响应性、光动力活性和生物相容性（细胞毒性实验显示>80%存活率，图3g）。
2. 多功能微针设计：HAMA基质促进伤口 hydration，同时负载胶束实现局部高浓度释药。
3. 跨学科方法：结合材料化学（聚合物合成）、微生物学（生物膜模型）和临床医学（糖尿病伤口治疗）。
其他价值
- 血液生化与器官H&E染色证实系统安全性（图S8–S9），为临床转化奠定基础。
- 研究数据可通过补充材料获取（DOI:10.1016/j.cej.2023.142222）。