TiO/CIP/SilMA水凝胶通过干扰细菌信号传导与能量代谢促进感染性伤口修复

　　针对耐药菌感染伤口愈合难题，研究人员开发了兼具光热与抗生素协同作用的TiO/CIP/SilMA水凝胶。该研究通过体外和体内实验证实其显著抗菌性能，转录组分析揭示其通过干扰细菌双组分系统（TCS）和氧化磷酸化通路破坏细菌代谢与信号转导，为克服细菌耐药性提供了新型治疗策略。

　　

在全球范围内，伤口感染已成为临床治疗面临的重大挑战，尤其随着耐药菌株的不断出现，单一抗生素治疗已难以应对复杂的细菌感染问题。耐药菌感染不仅延缓伤口愈合进程，还可能引发组织坏死、脓毒症等严重并发症，甚至威胁患者生命。传统敷料如纱布易造成二次损伤，银基敷料存在细胞毒性风险，而系统性抗生素滥用进一步加剧了细菌耐药性的演化。因此，开发兼具高效抗菌特性和生物安全性的新型伤口治疗策略迫在眉睫。

近年来，纳米材料与光热治疗（PTT）的结合为抗菌领域提供了新思路。金属纳米材料可通过破坏细菌膜结构、干扰代谢酶功能等机制发挥抗菌作用，但其单用效果有限。光热治疗通过近红外光（NIR）激发材料产热，不仅能直接杀伤细菌，还能增强细胞膜通透性，促进抗生素胞内渗透。然而，纳米材料的潜在毒性及耐药菌的快速适应仍是亟待解决的问题。在此背景下，安徽医科大学王贤文教授团队创新性地将二维钛氧化物（TiO）纳米片与抗生素环丙沙星（CIP）整合至丝素蛋白甲基丙烯酸酯（SilMA）水凝胶中，构建了一种协同光热-抗生素抗菌系统，相关成果发表于《Cell Biomaterials》。

研究团队通过超声液相剥离法合成TiO纳米片，采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等技术表征其物化特性；通过体外抗菌实验评估材料对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和大肠杆菌（E. coli）的杀灭效果；利用转录组学和代谢组学分析抗菌机制；通过细胞迁移实验和小鼠感染伤口模型验证材料的生物相容性与体内疗效。

TiO纳米片的合成与表征

研究通过超声剥离法成功制备出100-200 nm的TiO纳米片，XRD谱与标准卡片特征峰一致，HRTEM显示其晶格间距为0.33 nm，元素映射证实Ti和O的均匀分布。

光热性能评估

TiO纳米片在808 nm近红外光照射下表现出浓度依赖的光热效应，100 μg/mL浓度时温度可达63°C，光热转换效率达43.54%，且经历三次循环后仍保持稳定。

体外抗菌性能

联合TiO（100 μg/mL）、CIP（40 μg/mL for MRSA；20 μg/mL for E. coli）及NIR照射（2.0 W/cm²，5分钟）可完全杀灭MRSA和大肠杆菌。扫描电镜显示细菌膜严重皱缩破损，BCA检测证实蛋白质泄漏显著增加。

协同抗菌机制

转录组分析发现TiO/CIP/NIR处理组中238个差异表达基因，其中54个上调、184个下调。KEGG富集分析表明双组分系统（TCS）、氧化磷酸化和蛋白输出通路被显著激活。关键信号转导蛋白（如SaeR/SaeS）下调导致细菌环境感知能力丧失。代谢组学进一步显示氨基酸代谢和能量代谢通路受阻。

水凝胶特性与生物相容性

SilMA水凝胶呈现三维多孔结构，负载TiO/CIP后仍保持优异光热性能（4分钟升温至48.5°C）。缓释实验证实水凝胶延长了CIP作用时间。CCK-8和溶血实验表明TiO纳米片无显著细胞毒性，细胞迁移实验显示水凝胶促进L929成纤维细胞爬行。

体内伤口愈合效果

在小鼠MRSA感染模型中，TiO/CIP/SilMA/NIR组治疗9天后伤口愈合率达91%，显著高于对照组（68.8%）。H&E和Masson染色显示治疗组上皮再生完全、胶原沉积有序，CD31免疫组化提示血管生成增强，IL-6表达下降表明炎症反应减轻。重要器官H&E染色及血液生化指标未发现异常。

该研究通过多维度实验证实，TiO/CIP/SilMA水凝胶通过物理破坏细菌膜结构、干扰信号转导网络（如TCS系统）及能量代谢通路（如氧化磷酸化），实现了对耐药菌的高效清除。其创新性在于将纳米材料的光热特性、抗生素的化学杀菌作用与水凝胶的生物学功能有机结合，不仅降低了抗生素用量、规避了耐药性风险，还为临床耐药菌感染伤口治疗提供了可局部应用、生物安全性高的新型解决方案。未来研究可进一步探索该系统在其他多重耐药菌感染模型中的普适性及长期代谢安全性。