安徽省医学科学研究院施寒竹：基于多酶活性的铜锰双金属氧化物封装水凝胶通过破坏细菌蛋白表达加速MRSA感染型伤口愈合

近日，安徽省医学科学研究院施寒竹助理研究员以第一作者身份联合安徽医科大学王咸文教授，在国际著名期刊《Acta Biomaterialia》（中科院医学1区Top期刊，影响因子9.6）上发表了题为《Copper-Manganese Bimetallic Oxide-Encapsulated Hydrogels with Multienzyme Activities Accelerate MRSA-Infected Wound Healing by Disrupting Bacterial Protein Expression》的研究论文。研究通过将具有多酶活性和光热特性的Cu_1.5Mn_1.5O₄纳米球（Cu_1.5Mn_1.5O₄ NSs）封装于F127基质中，成功制备出兼具多酶活性的Cu_1.5Mn_1.5O₄/F127温敏性水凝胶，突出了其作为伤口敷料用于细菌感染治疗的巨大潜力，并为纳米酶基水凝胶在医疗领域的应用提供了新的研究思路（图1）。

                                    图1 整体研究思路

针对病原体感染的创面治疗仍是全球医学界面临的重大挑战。临床治疗长期依赖于抗生素不仅加剧了细菌耐药性，更催生出超级细菌，产生更为严重的后果。基于纳米酶的催化疗法为对抗耐药菌感染提供了全新治疗策略。然而，有限的催化活性和较差的创面修复能力制约了纳米酶抗菌治疗的进一步发展。为了解决以上问题，本研究成功制备了Cu_1.5Mn_1.5O₄/F127水凝胶，该水凝胶具有类氧化酶（OXD-like）、类过氧化物酶（POD-like）和类谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px-like）活性以及优异的光热性能（图2），通过活性氧（ROS）、谷胱甘肽（GSH）清除和光热治疗的协同作用实现高效杀菌（图3）。

图2 Cu_1.5Mn_1.5O₄/F127水凝胶的多酶活性及光热性能

图3 Cu_1.5Mn_1.5O₄/F127水凝胶的抗菌性能

为进一步探究Cu_1.5Mn_1.5O₄纳米酶的作用机制，研究人员对经PBS和纳米酶处理后MRSA进行了RNA测序转录组分析。RNA测序分析表明，其高效抗菌活性主要源于对细菌肽聚糖和磷壁酸生物合成通路的破坏、核苷酸代谢的阻断以及通过干扰tRNA和rRNA功能抑制了细菌蛋白质的表达（图4）。该Cu_1.5Mn_1.5O₄/F127水凝胶的温度敏感性使其能快速在体表凝胶化，在感染微环境中持续释放铜离子和锰离子以促进组织修复。体内实验表明，该Cu_1.5Mn_1.5O/F127水凝胶通过高效杀菌作用、持续离子释放和有效止血，同时保持高生物相容性，有效促进胶原沉积和血管生成，同时减轻炎症反应，显著促进创面愈合（图5）。总之，Cu_1.5Mn_1.5O/F127水凝胶的应用为非抗生素疗法治疗感染性创面提供了新思路和新机遇。

图4 Cu_1.5Mn_1.5O₄纳米酶的抗菌机制

             图5 Cu_1.5Mn_1.5O₄/F127水凝胶的体内治疗效果