关键词：空心普鲁士蓝，壳聚糖水凝胶，铁-姜黄素（Fe-Cur）复合物，姜黄素（CHPB）纳米颗粒

Iron-Hijacking Trojan Horse Nanoplatform Combats Implant-Associated Biofilm Infections Through Immuno-Fibrotic Remodeling

Advanced Materials First published: 13 June 2026

https://doi.org/10.1002/adma.73711

一、设计思路

将姜黄素负载于空心普鲁士蓝（CHPB）纳米颗粒，并包载于温敏可注射壳聚糖水凝胶（CHPB@H）中，实现植入部位的局部给药与近红外光响应可控释药。光照后，体系原位生成Fe-Cur“特洛伊木马”复合物，通过劫持细菌铁代谢通路诱导铁死亡以清除生物膜；同时，CHPB可清除病灶处过量活性氧（ROS），抑制成纤维细胞的胶原分泌，从而打破纤维化屏障、恢复免疫细胞浸润。通过系统表征材料的理化性质、光响应释药行为及体外抗菌抗纤维化性能，并在动物植入感染模型中验证体内抗感染、微环境重塑与组织修复效果，最终构建兼具杀菌、免疫调控与促组织再生功能的局部治疗平台。

二、材料制备

1. CHPB纳米颗粒与CHPB@H水凝胶的制备

A. 空心普鲁士蓝（HPB）制备：以普鲁士蓝（PB）为前驱体，经稀盐酸刻蚀去除内部核心，得到中空多孔结构的HPB纳米颗粒；

B. CHPB合成：将HPB分散于姜黄素乙醇溶液中，利用其中空孔道的吸附作用负载姜黄素，制得载药CHPB纳米粒；

C. 可注射CHPB@H水凝胶构建：将CHPB均匀分散于温敏壳聚糖前驱液中，该体系在室温下具有流动可注射特性，植入病灶后可在体温条件下原位成胶，固定于植入物周边以实现长效局部给药。

2. 理化与光响应释药表征

采用透射电镜观测PB、HPB、CHPB的形貌及中空结构；通过紫外-可见光谱验证姜黄素的成功负载；经近红外激光照射CHPB@H凝胶后，检测不同光照时长下铁离子与姜黄素的释放量，以验证光响应可控释药行为；利用动态光散射表征纳米粒的粒径分散性；同时检测CHPB纳米酶的ROS清除能力。

3. 体外抗菌、抗纤维化与靶向铁死亡验证

选取金黄色葡萄球菌与大肠杆菌构建体外生物膜模型，光照处理后定量检测生物膜内活菌数量及基质分泌情况；将细菌与Fe-Cur复合物共培养，检测胞内铁蓄积量与脂质过氧化物（LPO）水平，验证铁死亡通路的激活；将成纤维细胞与CHPB共培养，检测ROS水平、纤维化相关基因表达及胶原蛋白分泌量，评价其抗纤维化效果；设置铁载体竞争对照组，验证Fe-Cur依赖细菌铁摄取通路的靶向作用。

4. 体内植入感染模型治疗与微环境分析

构建小鼠皮下植入物慢性生物膜感染模型，局部注射CHPB@H水凝胶后给予近红外光照；分时间点采集植入物表面样本，涂布平板计数残余活菌；通过免疫荧光染色检测病灶处胶原沉积及巨噬细胞/中性粒细胞浸润水平；借助组织病理切片评价脏器毒性与皮肤组织修复情况；定量检测病灶内炎症及纤维化相关因子的表达，分析免疫纤维化微环境的重塑效果。

三、结果与讨论

1. CHPB@H体系结构与近红外可控释药特性

经刻蚀工艺制备的中空多孔HPB，其内部空腔可高效负载疏水姜黄素；温敏壳聚糖基质赋予材料可注射、原位成胶的优势，能够贴合各类植入物表面实现局部驻留。近红外激光照射可产生局部升温效应，破坏纳米孔道与水凝胶交联网络，同步释放Fe³⁺与姜黄素；二者在感染微环境中原位配位自组装形成Fe-Cur分子复合物，完成“光控释药-原位靶向分子组装”的级联响应，实现治疗组分的定点供给，降低全身毒副作用。

2. Fe-Cur“特洛伊木马”介导的细菌靶向铁死亡杀菌机制

Fe-Cur可模拟细菌天然铁载体，被细菌表面铁摄取转运蛋白特异性识别并内吞进入胞内；胞内高谷胱甘肽（GSH）环境会解离复合物，释放游离铁离子；过量铁蓄积引发芬顿反应，大量生成脂质过氧化物LPO，触发细菌铁死亡。同时，姜黄素可抑制群体感应系统（QS），下调细菌毒力因子分泌，通过双重作用抑制生物膜的形成与成熟，对革兰氏阳性、阴性菌生物膜均具备高效清除能力，解决了传统抗生素生物膜穿透性差的难题。

3. CHPB纳米酶介导的免疫纤维化微环境重塑

感染病灶持续产生的大量ROS会持续激活成纤维细胞，促进胶原的大量分泌会形成致密的纤维化屏障，隔绝免疫细胞。CHPB 具有抗氧化纳米酶活性，能够高效清除病灶处的活性氧（ROS），阻断氧化应激介导的成纤维细胞活化，显著下调纤维化相关基因表达、减少细胞外胶原沉积，从而瓦解纤维化物理屏障；屏障解除后，循环免疫细胞可浸润至感染灶，协同清除残余细菌，打破“感染 - 纤维化 - 免疫缺失”的恶性循环。

4. 体内抗感染与组织修复效果

动物植入感染模型的实验结果显示，CHPB@H 联合近红外光照可彻底清除植入物表面的成熟生物膜，且无感染复发；病灶处的胶原沉积显著减少，巨噬细胞、中性粒细胞的浸润水平显著提升，免疫抑制微环境得到重塑；治疗后，感染创面的胶原实现有序重塑，皮肤附属器再生，达成抗感染与组织修复一体化，且所用材料无明显脏器毒性，生物安全性良好。

四、结论

本研究开发了近红外响应型可注射 CHPB@H 多功能水凝胶纳米治疗平台，构建了“铁劫持靶向杀菌 + 免疫纤维化微环境重塑”双通路协同治疗体系。光照条件下原位生成 Fe-Cur 特洛伊木马复合物，通过劫持细菌铁代谢通路诱导铁死亡，高效根除生物膜；同时，CHPB 纳米酶清除病灶 ROS 以抑制纤维化，恢复免疫细胞浸润，打破植入物感染的恶性循环。该可注射局部给药体系操作简便、生物相容性优异，实现了清除感染、调控微环境、促进组织再生的多重功能一体化，建立了全新的“清除-重塑”治疗范式，为临床难治性植入物相关生物膜感染提供了具有高转化潜力的局部治疗新策略。

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