关键词：槲皮素、铁死亡、金属多酚、吲哚菁绿、抗菌纳米材料、光热治疗、光动力治疗

Metal-polyphenol nanoplatform facilitates the healing of infected wounds through a combination of bacterial phototherapy and ferroptosis

Date: 1 January 2025，Article: 158108，Volume: Volume 503

https://10.1016/j.cej.2024.158108

一、研究背景与科学问题  

感染性伤口是临床治疗的重大挑战，抗生素的广泛使用使细菌耐药性问题日益严峻，传统抗菌方案难以实现高效杀菌与创面修复的协同治疗。具体表现为：

1）金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等致病菌易形成生物膜，对常规治疗产生耐药性；

2）光热治疗（PTT）、光动力治疗（PDT）、化学动力治疗（CDT）等单一疗法存在效率不足、易复发等局限；

3）如何构建集多种治疗机制于一体、兼具高效抗菌与促修复功能的纳米平台，是当前感染伤口治疗领域的关键科学问题。  

二、核心设计思路与技术路线  

本研究构建了ICG@Fe-Qu金属多酚纳米平台，通过一步配位自组装实现多模态协同治疗：1）核心组成为以铁离子（Fe²⁺）与槲皮素（Quercetin, Qu）为骨架，配位负载吲哚菁绿（ICG）；2）制备方法为在NaOH水溶液中，通过金属-多酚配位作用一步自组装形成纳米颗粒（ICG@Fe-Qu NPs）；3）多模态协同机制整合PTT、PDT、CDT与铁死亡四大治疗策略，实现“杀菌-破膜-抗炎-促修复”的全链条干预。  

技术路线分为三个阶段：A.制备阶段：优化Fe²⁺、槲皮素与ICG的配比，通过配位自组装合成纳米颗粒；B.表征阶段：对纳米颗粒的形貌、粒径、电位、光热性能、ROS生成能力等进行系统表征；C.验证阶段：体外评估抗菌与生物膜清除效果，体内验证感染伤口的治疗与愈合能力。  

三、关键材料与合成制备  

1、材料与试剂  

A.核心原料：槲皮素（Qu）、氯化亚铁（FeCl₂·4H₂O）、吲哚菁绿（ICG）；B.其他试剂：氢氧化钠（NaOH）、PBS缓冲液、LB培养基、CCK-8试剂盒等；C.实验模型：金黄色葡萄球菌（S. aureus）、大肠杆菌（E. coli）、小鼠感染伤口模型。  

2、制备方法（一步配位自组装）  

A.配制槲皮素乙醇溶液与FeCl₂水溶液，按摩尔比混合；B.加入NaOH溶液调节pH至弱碱性，促进槲皮素与Fe²⁺的配位作用；C.加入ICG溶液，室温搅拌反应，通过配位作用将ICG负载于金属多酚骨架中；D.离心、洗涤、透析后，获得ICG@Fe-Qu纳米颗粒，冷冻干燥保存。  

3、理化性质表征  

A.形貌特征：透射电镜（TEM）显示纳米颗粒呈球形，粒径均匀（约100 nm）；B.光学性能：近红外808 nm激光照射下，具有优异的光热转换效率与ROS生成能力；C.稳定性：在PBS与血清中稳定性良好，无明显聚集现象；D.载药性能：ICG与槲皮素的包封率分别约为85%和90%。  

四、作用机制与体外实验验证  

1、多模态协同抗菌机制  

A.光热治疗（PTT）：近红外808 nm激光照射下，ICG产生光热效应，局部温度升高破坏细菌细胞膜，促进铁离子与ICG向细菌内部渗透；B.光动力治疗（PDT）：ICG在激光照射下生成活性氧（ROS），直接损伤细菌DNA与蛋白质；C.化学动力治疗（CDT）：Fe²⁺介导Fenton反应，将细菌内的H₂O₂转化为羟基自由基（·OH），进一步增强氧化损伤；D.铁死亡诱导：大量ROS诱导细菌脂质过氧化，触发铁死亡，实现高效杀菌与生物膜清除。  

2、体外抗菌与生物膜清除效果  

A.对S. aureus与E. coli的杀菌率均超过99%，对耐药菌株同样有效；B.可高效清除成熟细菌生物膜，破坏生物膜结构，减少细菌定植；C.槲皮素的抗氧化抗炎特性可减轻细菌感染引起的炎症反应，为创面修复创造有利微环境。  

3、促创面修复功能  

A.可促进成纤维细促进细胞迁移与增殖，加速胶原蛋白合成；

B. 抑制肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）等促炎因子的表达，上调白细胞介素-10（IL-10）等抗炎因子水平，调控炎症微环境；

C. 促进血管新生，为创面愈合提供充足营养。

五、体内治疗效果与生物安全性

1. 小鼠感染伤口模型验证

A. 构建金黄色葡萄球菌（S. aureus）感染的小鼠皮肤伤口模型，将实验动物分为对照组、激光组、ICG@Fe-Qu组及ICG@Fe-Qu联合激光治疗组；

B. 治疗7天后，ICG@Fe-Qu联合激光治疗组的伤口愈合率超过90%，显著高于其他各组；

C. 组织病理学检查显示，治疗组伤口上皮化完整，胶原沉积丰富，炎症细胞浸润明显减少。

2. 生物安全性评估

A. 血常规及肝肾功能指标均无异常，未观察到明显毒性反应；

B. 心、肝、脾、肺、肾等主要器官未出现病理损伤；

C. 溶血率低于5%，符合生物医用材料的安全标准。

六、研究创新点与应用前景

1. 核心创新

A. 首次通过一步配位自组装法构建ICG@Fe-Qu金属多酚纳米平台，实现多模态协同治疗；

B. 光疗、化学动力学治疗（CDT）与铁死亡机制相结合，突破单一抗菌疗法的局限性，对耐药菌具有显著效果；

C. 集抗菌、抗炎与促修复功能于一体，解决了感染伤口治疗中“杀菌难、修复慢”的双重难题。

2. 应用前景

A. 可拓展应用于糖尿病足溃疡、压疮等慢性感染伤口的治疗；

B. 该金属多酚自组装策略可适配多种多酚与金属离子，用于构建模块化抗菌纳米平台；

C. 具有良好的生物相容性与可降解性，具备临床转化潜力。

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