骨折通常伴隨著骨愈合不良和高感染率。間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）的早期募集對(duì)于啟動(dòng)有效的骨修復(fù)至關(guān)重要，溫和的熱刺激可以加速慢性疾病的恢復(fù)。

AbMole（http://www.abmole.cn/）精研抑制劑十年，最新的科研動(dòng)態(tài)不斷與您分享。本期與您分享的是:生物激發(fā)輕度光熱效應(yīng)增強(qiáng)多功能纖維支架促進(jìn)骨再生。

在這里，一個(gè)階段光熱效應(yīng)增強(qiáng)的多功能支架被制造用于骨修復(fù)。在靜電紡聚己內(nèi)酯納米纖維中摻雜黑磷納米片（BP NSs），使其具有良好的近紅外（NIR）響應(yīng)能力。然后將Apt19S修飾在支架表面，選擇性地將MSCs招募到受傷部位。隨后，將裝載抗菌藥物的相變材料微粒沉積在支架表面，支架在39℃以上發(fā)生固-液相轉(zhuǎn)變，觸發(fā)載荷釋放，消除細(xì)菌，防止感染。在近紅外照射下，光熱介導(dǎo)的熱休克蛋白上調(diào)和BP NSs的加速生物降解可促進(jìn)MSCs的成骨分化和生物礦化。

總的來(lái)說(shuō)，該策略顯示了在體外和體內(nèi)光熱效應(yīng)的幫助下消除細(xì)菌、募集間質(zhì)干細(xì)胞和促進(jìn)骨再生的能力，說(shuō)明生物啟發(fā)支架的設(shè)計(jì)在骨組織工程中具有輕度光熱效應(yīng)的潛力。

Vancomycin（Abmole，M9334，純度>98%）萬(wàn)古霉素是一種抗生素，用于各種細(xì)菌感染癥的研究。https://www.abmole.cn/products/vancomycin.html

意外事故或嚴(yán)重創(chuàng)傷造成的大面積開(kāi)放性骨折通常會(huì)導(dǎo)致愈合延遲。除了不健康的生活方式、糖尿病、高血壓和其他疾病外，最常見(jiàn)的原因是感染，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致骨髓炎或軟組織炎癥，無(wú)法在愈合前取得有效進(jìn)展。

根據(jù)Gustilo-Anderson分類(lèi)，開(kāi)放性骨折嚴(yán)重程度越高，預(yù)后越差。這主要是因?yàn)樵缙诘臏\表感染會(huì)阻礙愈合過(guò)程，而后期的深部感染（如骨髓炎和髓內(nèi)敗血癥）可能更難控制，造成更嚴(yán)重的損害。因此，賦予植骨材料抗菌功能對(duì)預(yù)防或治療感染具有重要意義。PCL/BP單獨(dú)具有很強(qiáng)的光熱殺菌性能，可能對(duì)附近組織造成熱損傷，導(dǎo)致創(chuàng)面進(jìn)一步惡化。我們利用光熱效應(yīng)來(lái)觸發(fā)抗生素的釋放。采用同軸電噴涂技術(shù)在Apt-PCL/BP支架表面噴涂一層載萬(wàn)古霉素和BP NSs的PCM微粒。

如圖3a的示意圖所示，由于加入了PCM/BP微粒，在較低的近紅外照射強(qiáng)度（0.8 W/cm2）下，Apt-PCL/PCM/BP支架的溫度高達(dá)40.2℃，高于PCM的熔點(diǎn)（39℃），PCM微粒由固體轉(zhuǎn)化為液體，導(dǎo)致萬(wàn)古霉素釋放（圖3a）。將PCM顆粒修飾后的支架浸入PBS溶液中，分別在低于PCM熔點(diǎn)或高于PCM熔點(diǎn)的溫度下研究萬(wàn)古霉素的累積釋放。在37℃時(shí)，顆粒中只有少量萬(wàn)古霉素被釋放出來(lái)，這可能是由于在電噴霧過(guò)程中萬(wàn)古霉素與PCM溶液輕微混合導(dǎo)致顆粒表面存在萬(wàn)古霉素。當(dāng)溫度保持在39℃以上6 min時(shí)，萬(wàn)古霉素的累積藥物釋放達(dá)到90%，表明藥物釋放具有光響應(yīng)性（圖3b）。

這證明了BP光熱效應(yīng)的潛力，可以在短時(shí)間內(nèi)快速觸發(fā)大量抗生素的釋放，以清除傷口周?chē)募?xì)菌，防止軟組織感染，降低發(fā)生骨髓炎的風(fēng)險(xiǎn)。

隨后，我們選擇金黃色葡萄球菌（S. aureus）作為模型細(xì)菌，驗(yàn)證該系統(tǒng)的抗菌活性。在瓊脂平板實(shí)驗(yàn)中，PCL/PCM/BP+NIR組的細(xì)菌菌落可以忽略不計(jì)，而其他組中仍有大量細(xì)菌存活（圖3c,d）。我們進(jìn)一步通過(guò)測(cè)定不同處理后菌懸液在600 nm（OD600）光密度來(lái)評(píng)價(jià)不同支架的抑菌活性。只有PCL/PCM/BP+NIR組對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，其他組間無(wú)明顯差異（圖3e）。

這表明NIR誘導(dǎo)的光熱效應(yīng)可以觸發(fā)大量藥物的快速釋放，從而消除細(xì)菌。在光熱處理過(guò)程中，溫度的升高不應(yīng)影響細(xì)胞活力。我們測(cè)試了在PCL/BP納米纖維支架上不同溫度培養(yǎng)MSCs后的活力。當(dāng)溫度達(dá)到38、41、45、50、55℃，處理10 min時(shí)，細(xì)胞存活率分別為97.02%、96.75%、65.94%、56.38%、39.33%（圖3f、g）。溫度低于41℃和近紅外激光照射對(duì)細(xì)胞活力無(wú)明顯影響，溫度高于45℃持續(xù)一段時(shí)間會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

因此，這一結(jié)果進(jìn)一步證明了基于光熱效應(yīng)的抗生素釋放系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。

鳴謝：Xiaodi Zhang, et al. ACS Nano. 2023 Apr 11;17(7):6466-6479.