β-T/ZnONPs/PCL/PEG纳米纤维对MRSA伤口感染的治疗作用研究

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许多因素均可以导致创伤的发生,而创伤愈合又是多种因素参与的复杂过程。创伤发生后,伤口极易发生病原微生物的感染,因此在创伤治疗中,控制感染尤其重要。首先,感染控制不佳会延缓伤口愈合速度,并引起医疗成本增加;其次,感染引起的发热、疼痛等并发症会降低患者的生活质量。目前超级细菌导致伤口感染的报道日益增多,尤其是MRSA(methicillin-resistant staphylococcus aureus,耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)引起的伤口感染在临床中更为常见。传统的抗菌药物如万古霉素,在临床应用中可能会诱导细菌耐药,目前临床上已有VRSA(vancomycin-resistant staphylococcus aureus, 耐万古霉素金黄色葡萄球菌)感染病例的出现。近年来获得广泛关注的纳米银等抗菌敷料在治疗伤口感染方面表现出一定的优势,但因较大的细胞毒性,易积聚在机体造成器官和组织的损伤,限制了其进一步应用于临床。因此,设计开发一种抗MRSA 活性好、不易诱导细菌耐药且生物安全性高的新型创伤敷料对临床上治疗MRSA引起的伤口感染意义重大。  β-T(beta-thujaplicinor hinokitiol,桧木醇)是天然小分子化合物,其抗菌谱广,对多种微生物有抑制作用,尤其对金黄色葡萄球菌有较好的抑菌活性,且毒性较低。ZnONPs (ZnO nanoparticles,纳米氧化锌)是继纳米银之后,又一被证实具有一定抗菌活性的纳米颗粒,且其细胞毒性较后者更小。锌是人体必须的微量元素,在机体的各方面起着非常重要的作用,如生殖遗传、内分泌、免疫、人体生长发育等。体内锌元素的缺乏会导致创伤愈合减慢的观点已得到证实,且有研究认为ZnONPs在细胞浸润、免疫调节和抗感染方面同样具有一定的价值。本课题将该两种药物同时装载于纳米纤维中,构建一种抗菌活性高、安全性较好的新型创伤敷料,拟用于治疗临床上MRSA导致的伤口感染。  本研究初步考察了ZnONPs和β-T的体外抗菌活性及细胞毒性,然后研究了该两种药物装载于单一脂溶性材料、脂溶性与水溶性混合材料中是否仍保持抗菌活性及较好的生物相容性,首先以 PCL(polycaprolactone,聚己内酯)为载体材料,采用静电纺丝技术制备 β-T/ZnONPs/PCL纳米纤维膜,对其体外理化性质、抗菌活性以及生物相容性进行考察,然后在 β-T/ZnONPs/PCL 纳米纤维中添加水溶性载体材料PEG(Poly(ethylene glycol),聚乙二醇),制备了β-T/ZnONPs/PCL/PEG纳米纤维。研究并优化了PCL与 PEG纳米纤维的制备条件、处方比例和载药量,并对该纳米纤维的抗菌活性和细胞毒性进行了测定。同时选择 BALB/c小鼠建立 MRSA 感染的伤口模型,评价了β-T/ZnONPs/PCL/PEG纳米纤维对MRSA引起伤口感染的治疗作用。  正文前言部分主要初步阐述了本课题的选题缘由、研究背景、研究目的与意义、研究内容与方法。正文第二、三、四部分为本研究的详细内容,陈述如下:  第二部分分别测定了β-T与ZnONPs单药和联合给药对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌以及铜绿假单胞菌的抗菌活性,考察了β-T与ZnONPs单药和联合给药对人皮肤成纤维细胞的细胞毒性。结果显示,β-T 对上述三种细菌均表现出了较好的抗菌活性,而 ZnONPs 仅对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌有一定的抗菌活性,β-T与ZnONPs两种药物联合给药不能增强对大肠埃希菌以及铜绿假单胞菌的抗菌活性,但能增强对MRSA的抗菌活性。联合给药的条件下,当ZnONPs浓度≥4μg/ml且β-T浓度≥0.5μg/ml时,对MRSA就表现出很强的抑菌活性,而在ZnONPs浓度为4μg/ml且β-T浓度≤16μg/ml时,两种药物联合给药24 h和72 h,人皮肤成纤维细胞的存活率均在90%以上。结果表明,β-T与ZnONPs两种药物联合给药时,能在较低的安全浓度范围内保持对MRSA的抗菌活性,且具有协同作用,为下一步将两种药物装载于纳米纤维用于治疗MRSA导致的伤口感染提供了理论依据。  第三部分主要研究了β-T与ZnONPs同时装载于单一脂溶性材料中是否保持协同抗菌作用和较好的生物相容性。运用静电纺丝技术制备了β-T/ZnONPs/PCL纳米纤维,考察其制备工艺、处方组成,并对纳米纤维理化性质进行了表征,测定了纳米纤维对MRSA的体外抑菌效果及生物相容性。实验结果表明,当PCL浓度(w/v)为16%、电压为14 kv、喷速为0.3 mL/h、接收距离为9 cm时,能够制成较为均匀的纳米纤维,直径大多分布在150~350 nm之间。β-T与ZnONPs以物理混合方式分散在纳米纤维中。β-T/ZnONPs/PCL 纳米纤维透气性能较普通无纺布组有明显改善,在模拟降解液中缓慢降解。体外抑菌实验表明,两种药物按实验设计的载药量同时装载于纳米纤维中能保持对MRSA的协同抗菌作用,且细胞毒性较小。将HSFs细胞种植在纳米纤维上,能正常生长繁殖,溶血率符合GB/T 16886.5-2011标准。  本研究第四部分主要对β-T/ZnONPs/PCL纳米纤维进行了改性,添加PEG作为载体材料制备了β-T/ZnONPs/PCL/PEG纳米纤维;初步研究了PCL与PEG共混通过静电纺丝技术制备纳米纤维型创伤敷料的处方比例,采用扫描电镜、傅里叶红外光谱仪和差示扫描量热仪对制备的纳米纤维进行了表征,同时测定了纳米纤维的透气性、吸湿性、失重率和降解趋势等理化性质;并对纳米纤维的抗菌活性和细胞毒性进行了评价,考察了纳米纤维对 MRSA 感染小鼠伤口的治疗作用。实验结果表明,当 PCL与PEG的比例为8:2时,纳米纤维的透气性、吸湿性等较为符合要求,PCL与PEG在纳米纤维中具有较好的相容性,β-T与ZnONPs是以物理混合的形式装载于纳米纤维中, 0.5%β-T/0.5%ZnONPs/PCL/PEG与1%β-T/0.25%ZnONPs/PCL/PEG 两种组分的纳米纤维对MRSA抗菌活性和细胞毒性相似,符合GB/T 16886.5-2011对生物材料的相关标准。动物实验表明,β-T/ZnONPs/PCL/PEG纳米纤维对MRSA引起的伤口感染具有较好的治疗作用,且通过病理学观察发现,制备的纳米纤维在促进感染性伤口愈合方面疗效显著。  本研究的结果初步证明:采用静电纺丝技术制备的β-T/ZnONPs/PCL/PEG纳米纤维型创伤敷料,较为符合目前对于理想型创伤敷料的要求,该新型敷料将来应用于临床治疗MRSA引起的伤口感染,可能具备一定的开发前景。
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