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背景介绍

耐药菌感染创面已成为紧迫的临床挑战，严重影响伤口愈合进程。抗菌光动力疗法（aPDT）不产生耐药性风险，但活性氧（ROS）寿命短（<10 μs）、扩散距离有限（<50 nm）且具有非选择性生物毒性，限制了其应用效果。理想的aPDT创面敷料不应仅追求最大化ROS产量，而应提高ROS在细菌-材料界面的利用效率，同时避免对宿主细胞造成过度的氧化应激损伤。阳离子化策略可通过静电吸附增强光敏剂与带负电细菌膜的结合，使短寿命ROS优先作用于细菌表面，但如何实现局部高效杀菌与全身低毒性的统一仍是关键难题。

研究思路

针对上述挑战，西南大学易世雄教授团队提出了一种可见光响应阳离子化光动力有机纳米颗粒（iTPyPXs）整合丝素蛋白纳米纤维膜（SCM）的复合平台（iTPyPXs/SCM）。iTPyPXs通过一步离子化/聚合策略构建，具备纳米尺寸、阳离子表面、局域给体-受体（D-A）结构及可见光响应ROS生成能力。通过电喷雾沉积将iTPyPXs负载于丝素蛋白/醋酸纤维素共混电纺膜上，实现光动力组分在纤维基质上的固定化。阳离子化iTPyPXs增强细菌膜静电粘附，使光生ROS在细菌-材料界面高效利用；SCM基质持续释放丝素蛋白清除胞内过量ROS，并诱导M2型修复性免疫极化。在MRSA感染大鼠全层皮肤缺损模型中，iTPyPXs/SCM-aPDT有效清除感染、加速创面闭合，并促进炎症消退、血管新生和胶原沉积。相关内容以 Visible-light-responsive Cationized Photodynamic Nanoparticles Integrated with a Silk Fibroin-based Nanofibrous Matrix for Enhanced ROS Utilization in Infected Wound Healing 发表在 Biomaterials！

图片解析

图1. iTPyPXs合成与表征： (a) 一锅法SN2反应合成iTPyPXs及ESP静电势图显示阳离子化增强D-A结构；(b) TEM显示纳米颗粒均匀分布，粒径约50 nm；(c) Zeta电位由TPyPy的+28.8 mV升至iTPyPXs的+42.9 mV；(d) UV-Vis显示iTPyPXs吸收红移至500 nm；(e-f) Tauc图显示带隙由2.49 eV窄化至2.33 eV；(g-h) DFT计算显示HOMO位于芘基团（给体），LUMO位于阳离子化吡啶基团（受体）。

图2. ROS产生与抗菌性能： (a-b) EIS和瞬态光电流显示iTPyPXs电荷分离效率显著提升；(c) ROS产生机制示意图（Path I电子转移产生·O₂⁻，Path II能量转移产生¹O₂）；(d-f) ESR证实iTPyPXs光照后产生·OH、·O₂⁻和¹O₂；(g) 细菌悬液照片及Zeta电位证实iTPyPXs与细菌静电吸附；(h) 杀菌机制示意图；(i-j) 梯度浓度菌落照片及定量显示200 μg mL⁻¹光照下MRSA完全杀灭，黑暗下400 μg mL⁻¹达99.99%杀灭。

图3. iTPyPXs/SCM制备与表征： (a-b) 静电纺丝（SF/CA溶液）与电喷雾（iTPyPXs悬液）同步进行示意图；(c) 接触角74.8°显示亲水性改善；(d) 实物照片厚度约1 mm；(e-f) SEM显示iTPyPXs完整附着于纳米纤维表面，纤维结构无破坏。

图4. 体外抗菌性能： (a) 菌落照片显示iTPyPXs/SCM+光照组大肠杆菌、金葡菌和MRSA几乎无菌落；(b) 定量抗菌率均达99.99%；(c) SEM显示细菌表面皱缩破裂；(d) TEM显示胞内结构崩解、内容物外流；(e-f) 黑暗下时间依赖性抗菌显示8 h完全杀灭8×10⁵ CFU MRSA。

图5. 生物安全性与细胞行为： (a) L929活/死染色显示各组细胞基本为绿色（活细胞）；(c) MTT显示细胞活力均>90%；(d-e) 划痕实验显示SCM和iTPyPXs/SCM组细胞迁移显著增强；(f-g) DCFH-DA探针显示SCM及iTPyPXs/SCM组胞内ROS荧光强度显著降低，证实丝素蛋白清除ROS能力。

图6. 体外免疫调节： (a) 实验流程示意图；(b-c) LPS诱导RAW264.7炎症模型中，SCM及iTPyPXs/SCM组ROS荧光显著减弱；(d-f) 免疫荧光显示SCM含组iNOS（M1，红色）减弱、MRC-1（M2，绿色）增强，表明SCM促进巨噬细胞向M2修复表型极化。

图7. 体内创面愈合： (a) 实验流程；(b-c) 第14天iTPyPXs/SCM+光照组创面愈合最平整、瘢痕最少；(d) 愈合率定量显示该组第14天达93.67%；(e) 第3天创面残留细菌计数显示iTPyPXs/SCM组显著减少；(f) H&E和Masson染色显示该组再上皮化完全、胶原排列有序。

图8. 血管新生、巨噬细胞极化和胶原沉积： (a-c) CD31免疫荧光显示iTPyPXs/SCM+光照组第7天血管密度和荧光强度最高；(d) CD86/CD206免疫荧光显示该组M1（红色）最低、M2（绿色）最高；(e) 胶原I/III免疫荧光显示该组第14天胶原沉积最丰富且有序；(f-i) 定量分析均证实iTPyPXs/SCM+光照组在促血管新生、抗炎和胶原成熟方面最优。

图9. 转录组学分析： (a-b) PCA和聚类热图显示对照组与治疗组转录谱显著分离；(c) 治疗机制示意图；(d) 火山图显示251个上调、247个下调基因，GO富集显示上调基因富集于表皮发育和角质形成细胞分化；(e) KEGG富集显示金黄色葡萄球菌感染、补体凝血级联、细胞因子互作等通路显著富集；(f) 总结机制：iTPyPXs/SCM-aPDT通过界面ROS杀菌、SCM清除胞内ROS及诱导M2极化，协同促进感染创面再生修复。

结论

本研究成功开发了可见光响应阳离子化光动力纳米颗粒整合丝素蛋白纳米纤维基质的复合创面敷料iTPyPXs/SCM。阳离子化iTPyPXs通过增强D-A结构和细菌静电粘附，使短寿命光生ROS在细菌-材料界面高效利用，实现快速杀菌；SCM基质通过持续释放丝素蛋白清除胞内过量ROS并诱导M2型巨噬细胞极化，减轻氧化应激和炎症反应。该平台实现了“界面杀菌-胞内抗氧化-免疫调节”的多级协同，在MRSA感染大鼠创面模型中显著加速愈合、促进血管新生和高质量胶原沉积。该工作为ROS介导感染创面治疗中平衡抗菌效力与组织相容性提供了生物材料设计新策略。

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