細(xì)菌生物膜的致密結(jié)構(gòu)削弱了傳統(tǒng)抗生素治療的效果，尤其是臨床上深層組織的生物膜感染導(dǎo)致治療更加困難。近年來，盡管基于近紅外光（NIR）的光熱療法已顯示出較強(qiáng)的感染創(chuàng)面治療潛力，但NIR光強(qiáng)度在組織中隨著深度逐級(jí)衰減，嚴(yán)重限制了其在深部細(xì)菌生物膜感染中的應(yīng)用。
圖1 盤形電磁場裝置（Disk-ZVS）和Fe-Se-HA MNs 雙層微針的構(gòu)建以及用于慢性感染創(chuàng)面的治療示意圖
為克服這一難題，陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院賀登峰博士、劉行謀博士、于云龍研究員和羅高興教授共同研發(fā)報(bào)道了磁導(dǎo)向的雙層微針貼片Fe-Se-HA MNs，用于慢性感染創(chuàng)面的治療作用研究（圖1）。該研究立足于自行設(shè)計(jì)的盤形電磁場裝置（Disk-ZVS，圖2），在 Disk-ZVS 產(chǎn)生的電磁場刺激下，磁場和電磁損耗集中在雙層 Fe-Se-HA MNs 的尖端，即尖端發(fā)熱。由于磁熱療法的中心位于針尖，而貼片的基底層保持較低的溫度，因此可以精確利用熱量，減輕對(duì)傷口區(qū)域造成的熱損傷。一旦 Fe-Se-HA MNs作用于傷口，針尖便會(huì)刺透生物膜，在交變磁場作用下產(chǎn)生熱量，發(fā)揮清除細(xì)菌生物膜的作用。
圖2 電磁裝置Disk-ZVS產(chǎn)生的磁場與Fe-Se-HA MN相互作用的有限元模擬
該磁熱響應(yīng)雙層微針（Fe-Se-HA MNs）由功能化透明質(zhì)酸（HA）、氧化鐵（Fe3O4）和膠束保護(hù)的硒納米顆粒（SeNPs@LAS）組成，其制備示意圖、形貌、力學(xué)性能、元素組成及熒光染色表征如圖3所示，證明了該雙層微針的成功制備。
圖3 Fe-Se-HA MNs 的制備和基本表征示意圖
與近紅外光相比，磁場可自由穿透皮膚和其他人體器官，且無強(qiáng)度衰減。本研究中結(jié)合微針（MN）貼片這種有序陣列組成的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，可有效穿刺傷口硬痂，深入細(xì)菌生物膜，實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)給藥及增強(qiáng)藥物滲透，最終抑制創(chuàng)面處金黃色葡萄球菌生物膜感染。同時(shí)，Disk-ZVS特殊線圈結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅可以用來增加磁場強(qiáng)度，還有效解決了應(yīng)用過程中的空間限制問題，相比于普通的螺線管線圈更適合用于體型更大的動(dòng)物模型治療，為磁治療方案設(shè)計(jì)提供了一種新思路（圖4）。
圖4 電磁裝置Disk-ZVS產(chǎn)生磁場的拓展應(yīng)用及磁激發(fā)條件下Fe-Se-HA MN體外抗生物膜實(shí)驗(yàn)
通過Disk-ZVS產(chǎn)生的電磁場以及制備得到的雙層微針Fe-Se-HA MNs能夠殺死深層細(xì)菌生物膜，同時(shí)微針降解釋放出的SeNPs@LAS能夠清除慢性創(chuàng)面部位的活性氧，并且能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞從M1表型向M2表型轉(zhuǎn)化。另外，釋放出的Se和Fe元素促進(jìn)了上皮化和組織微血管的形成，促進(jìn)了糖尿病創(chuàng)面的快速修復(fù)（圖5）。因此，借助于特殊設(shè)計(jì)的電磁系統(tǒng)Disk-ZVS和Fe-Se-HA MNs 雙層微針可以有效向皮下基底層遞送磁熱響應(yīng)納米粒子，并通過遠(yuǎn)程磁響應(yīng)方式產(chǎn)生尖端集中熱量殺死細(xì)菌生物膜。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了磁熱殺菌、深層無創(chuàng)組織穿透、抗炎和促進(jìn)血管生成等多種功能一體化，具有廣闊的應(yīng)用前景。本項(xiàng)目的相關(guān)研究還在繼續(xù)進(jìn)行中。
圖5 糖尿病創(chuàng)面感染模型的建立以及磁激發(fā)條件下Fe-Se-HA MNs進(jìn)行磁誘導(dǎo)熱療的示意圖
以上結(jié)果以“Magnetic Field‐Directed Deep Thermal Therapy via Double‐Layered Microneedle Patch for Promoting Tissue Regeneration in Infected Diabetic Skin Wounds ”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》上。該論文通訊作者為陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院羅高興教授，于云龍研究員和劉興謀博士后。第一作者為陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院賀登峰博士后。
文章來源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202306357
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