青岛大学丛海林教授:原位注射聚四氢嘧啶自愈合抗菌水凝胶治疗化脓性皮下感染

近日,青岛大学材料科学与工程学院丛海林教授课题组报道了在多功能阳离子抗菌水凝胶领域的最新研究成果。

抗生素的滥用引起的抗药性问题一种困扰着人们的生活。抗菌水凝胶的出现为解决抗生素抗药性问题开辟了新道路。目前大部分抗菌水凝胶通常是封载有抗菌药物或者抗菌金属纳米颗粒的水凝胶,但这类抗菌水凝胶仍然无法阻止细菌耐药性的产生,同时还会增加由于内脏中金属离子聚集引发病变的风险。另外传统抗菌水凝胶机械性能差的缺陷也限制了其在生物医学领域的应用。因此研发一种兼具高抗菌效率、生物相容性和自愈合性好的抗菌水凝胶迫在眉睫。

针对这一问题,丛海林教授课题组设计了一种四氢嘧啶基阳离子抗菌聚合物,并以该聚合物为骨架通过席夫碱反应与聚香草醛丙烯酸酯交联,最终得到一种可注射、自愈合、具有良好生物相容性的高效抗菌水凝胶材料(图1)。

青岛大学丛海林教授:原位注射聚四氢嘧啶自愈合抗菌水凝胶治疗化脓性皮下感染

图1 水凝胶材料的设计思路以及应用方案

此项研究发现四氢嘧啶结构对微生物表现出灵敏的抑制性,且将小分子制备为聚合物后抑菌性能并没有消失。将其与多醛基聚合物混合制备为水凝胶后,对各类微生物特别是金黄色葡萄球菌有明显杀灭性能。实验结果表明,通过席夫碱反应交联的水凝胶一直处于断裂-形成的动态平衡中,在局部可以将组织连接包裹,减少化脓菌对皮肤组织的破坏。该水凝胶具有良好的接触杀菌能力,具备可注射性以及自愈合性。此外,生物相容性、体内代谢能力也十分令人满意。小动物体内实验表明,四氢嘧啶水凝胶能够阻止化脓性菌在皮下的恶化,高效杀灭已经局部侵入体内的金黄色葡萄球菌,同时未产生明显的毒副作用,凝胶注射部具有较高的肉芽组织厚度和胶原分布。

青岛大学丛海林教授:原位注射聚四氢嘧啶自愈合抗菌水凝胶治疗化脓性皮下感染

图2 四氢嘧啶水凝胶的抗菌机理

该水凝胶从减少抗生素使用的角度出发,避免了耐药性的产生,同时为皮下细菌感染的治疗提供了一种新的思路。研究成果以“Poly-tetrahydropyrimidine Antibacterial Hydrogel with Injectability and Self-Healing Ability for Curing the Purulent Subcutaneous Infection”为题发表在国际期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》 上。论文第一作者为硕士研究生田永昌和博士后庞龙丛海林教授为论文通讯作者。

原文链接:

doi: 10.1021/acsami.0c13822

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