糖尿病伤口(DW)不断受到过度活性氧(ROS)积累和易受细菌污染的挑战。因此，消除附近的ROS和根除局部细菌对于刺激糖尿病伤口的有效愈合至关重要。近日，来自南方医科大学的张洋、王健和程豪团队将莫匹罗星(MP)和氧化铈纳米粒子(CeNPS)封装到聚乙烯醇/壳聚糖(PVA/CS)聚合物中，然后使用静电纺丝法制备了PVA/CS纳米纤维膜伤口敷料。PVA/CS纳米纤维敷料提供了MP的控制释放，对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌产生快速和持久的杀菌活性(MSSA)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)菌株。同时，嵌入膜中的CeNPS表现出所需的ROS清除能力，可将局部ROS维持在正常生理水平。PVA-CS-CeNPs-MP整合了伤口敷料的理想特征，包括快速和广谱的抗菌和ROS清除活性，易于应用和良好的生物相容性。
相关论文“Electrospun polyvinyl alcohol-chitosan dressing stimulates infected diabetic wound healing with combined reactive oxygen species scavenging and antibacterial abilities”于2023年5月28日在线发表于杂志《Carbohydrate Polymers》上。
1. PVA-CS基纳米纤维的基本表征
基于PVA-CS的纳米纤维膜的图像如图1a所示。纳米纤维的平均直径为200-300 nm，直径约为40–50 nm的CeNPs均匀分布在光滑的纳米纤维表面上（图1b-e）。FT-IR结果表明，PVA-CS基纳米纤维膜具有相似的吸收峰（图1f）。此外，负载MP的膜在7天内释放了相当比例的抗菌剂（图1g-h），水接触角表明PVA-CS静电纺丝纳米纤维的亲水性不受CeNPs和MP负载的影响（图1i，j）。图1l说明了PVA-CS基膜的溶胀率，与MP添加量呈负相关。这一发现表明，添加MP可能导致较低的溶胀能力，可能是由于其固有的难以溶解在水中。
图1 PVA-CS基纳米纤维的基本表征
2. 细胞活力和增殖测定
然后，研究者采用细胞活/死染色测定法评估处理过的L929细胞的活力。在不同样品上培养的细胞在第90天和第3天后显示出高活力（> 5%）（图2a，c）。在1至5天之间，所有样品中的细胞数量增加了约五倍。图2d-e中的结果表明，从细胞培养的第1天到第5天，四个样品组之间的细胞活力没有差异。图2b的结果进一步表明，纳米纤维静电纺丝膜在L929细胞中没有引起细胞毒性。
图2 PVA-CS基纳米纤维膜的细胞毒性分析
3. 纳米纤维的体外抗菌活性
然后，研究者对MSSA和MRSA进行了抑制区实验。负载MP的膜呈现出明显的抑制区（图3c）。图3a-e中的染色结果显示了与PVA-壳聚糖膜共培养的细菌。12小时后，可以观察到大多数细菌被消除。24小时后，几乎所有细菌都被消除。细菌活/死染色结果与抑制区测定结果一致。与无MP膜相比，负载MP的纳米纤维表现出明显的杀菌效果。
图3 不同纳米纤维膜的体外抗菌性能
4. CeNPs的体外抗氧化活性
之后，研究者使用DPPH自由基清除、SOD模拟活性和CAT模拟活性测定的结果证实了CeNPs的抗氧化活性（图4）。CeNPs的抗氧化活性与其浓度呈正相关。在CeNPs浓度达到300 μg/mL之前，DPPH自由基清除潜力明显增加。当CeNPs浓度达到600 μg/mL时，SOD模拟活性最高，在CeNPs浓度达到1000 μg/mL时，CAT模拟活性增强。此外，还研究了CeNPs负载膜的细胞内ROS清除活性。与在无CeNPs样品上生长的细胞相比，在CeNPs包埋的膜上培养的细胞表现出> 90%的ROS信号降低。
图4 CeNPs负载膜的体外ROS清除能力
5. 体内伤口愈合分析
最后，研究者评估了静电纺丝纳米纤维敷料在感染糖尿病伤口大鼠模型中体内伤口愈合的功效。将PVA-CS，PVA-CS-CeNPs，PVA-CS-MP和PVA-CS-CeNPs-MP静电纺丝敷料放置在感染的伤口上（图5a）。与其他组（PVA-CS、PVA-CS-CeNPs和PVA-CS-MP）相比，PVA-CS-CeNPs-MP的伤口愈合率最高。皮肤缺损区域和伤口愈合率的比较如图5b，c所示。
图5 基于PVA-CS膜的刺激感染的糖尿病伤口愈合
组织学分析表示：在相应天数中，接受CeNPs-MP负载纳米纤维的组表现出伤口愈合最快的速度，其次是PVA-CS-CeNPs和PVA-CS-MP组（图6a，b）。愈合率是通过将剩余伤口面积除以初始伤口大小来确定的。与其他三组相比，PVA-CS-CeNPs-MP处理的大鼠表现出最小的瘢痕宽度（图6d，e）。此外，用PVA-CS-CeNPs-MP处理的再生皮肤组织表现出更丰富的皮肤附属物和血管（图6c，f-g），这些发现表明皮肤的功能再生。
图6 使用H&E染色和Masson的三色染色进行伤口愈合评估
综上，本文构建了一种负载MP和CeNPs的PVA-CS静电纺丝纳米纤维膜用于伤口敷料。作者全面验证了膜敷料在体外和体内的广谱抗菌活性和ROS清除能力。此外，MP和CeNPs的综合作用不仅加速了伤口愈合，而且促进了再生后的皮肤重塑。总之，该方法成功构建了一种多功能伤口敷料，该敷料易于制备，并被证明可有效实现长期抗菌和ROS消除能力。
文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121050
入群交流
