AbMole科研快报-生物激发轻度光热效应增强多功能纤维支架促进骨再生

骨折通常伴随着骨愈合不良和高感染率。间充质干细胞（MSCs）的早期募集对于启动有效的骨修复至关重要，温和的热刺激可以加速慢性疾病的恢复。

AbMole（http://www.abmole.cn/）精研抑制剂十年，最新的科研动态不断与您分享。本期与您分享的是:生物激发轻度光热效应增强多功能纤维支架促进骨再生。

在这里，一个阶段光热效应增强的多功能支架被制造用于骨修复。在静电纺聚己内酯纳米纤维中掺杂黑磷纳米片（BP NSs），使其具有良好的近红外（NIR）响应能力。然后将Apt19S修饰在支架表面，选择性地将MSCs招募到受伤部位。随后，将装载抗菌药物的相变材料微粒沉积在支架表面，支架在39℃以上发生固-液相转变，触发载荷释放，消除细菌，防止感染。在近红外照射下，光热介导的热休克蛋白上调和BP NSs的加速生物降解可促进MSCs的成骨分化和生物矿化。

总的来说，该策略显示了在体外和体内光热效应的帮助下消除细菌、募集间质干细胞和促进骨再生的能力，说明生物启发支架的设计在骨组织工程中具有轻度光热效应的潜力。

Vancomycin（Abmole，M9334，纯度>98%）万古霉素是一种抗生素，用于各种细菌感染症的研究。https://www.abmole.cn/products/vancomycin.html

意外事故或严重创伤造成的大面积开放性骨折通常会导致愈合延迟。除了不健康的生活方式、糖尿病、高血压和其他疾病外，最常见的原因是感染，严重时可导致骨髓炎或软组织炎症，无法在愈合前取得有效进展。

根据Gustilo-Anderson分类，开放性骨折严重程度越高，预后越差。这主要是因为早期的浅表感染会阻碍愈合过程，而后期的深部感染（如骨髓炎和髓内败血症）可能更难控制，造成更严重的损害。因此，赋予植骨材料抗菌功能对预防或治疗感染具有重要意义。PCL/BP单独具有很强的光热杀菌性能，可能对附近组织造成热损伤，导致创面进一步恶化。我们利用光热效应来触发抗生素的释放。采用同轴电喷涂技术在Apt-PCL/BP支架表面喷涂一层载万古霉素和BP NSs的PCM微粒。

如图3a的示意图所示，由于加入了PCM/BP微粒，在较低的近红外照射强度（0.8 W/cm2）下，Apt-PCL/PCM/BP支架的温度高达40.2℃，高于PCM的熔点（39℃），PCM微粒由固体转化为液体，导致万古霉素释放（图3a）。将PCM颗粒修饰后的支架浸入PBS溶液中，分别在低于PCM熔点或高于PCM熔点的温度下研究万古霉素的累积释放。在37℃时，颗粒中只有少量万古霉素被释放出来，这可能是由于在电喷雾过程中万古霉素与PCM溶液轻微混合导致颗粒表面存在万古霉素。当温度保持在39℃以上6 min时，万古霉素的累积药物释放达到90%，表明药物释放具有光响应性（图3b）。

这证明了BP光热效应的潜力，可以在短时间内快速触发大量抗生素的释放，以清除伤口周围的细菌，防止软组织感染，降低发生骨髓炎的风险。

随后，我们选择金黄色葡萄球菌（S. aureus）作为模型细菌，验证该系统的抗菌活性。在琼脂平板实验中，PCL/PCM/BP+NIR组的细菌菌落可以忽略不计，而其他组中仍有大量细菌存活（图3c,d）。我们进一步通过测定不同处理后菌悬液在600 nm（OD600）光密度来评价不同支架的抑菌活性。只有PCL/PCM/BP+NIR组对细菌生长有明显的抑制作用，其他组间无明显差异（图3e）。

这表明NIR诱导的光热效应可以触发大量药物的快速释放，从而消除细菌。在光热处理过程中，温度的升高不应影响细胞活力。我们测试了在PCL/BP纳米纤维支架上不同温度培养MSCs后的活力。当温度达到38、41、45、50、55℃，处理10 min时，细胞存活率分别为97.02%、96.75%、65.94%、56.38%、39.33%（图3f、g）。温度低于41℃和近红外激光照射对细胞活力无明显影响，温度高于45℃持续一段时间会导致细胞死亡。

因此，这一结果进一步证明了基于光热效应的抗生素释放系统设计的合理性。

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