二维金属有机框架复合材料制备及在感染性伤口中的应用
作者单位：广东药科大学
学位级别：硕士
导师姓名：由天辉;孙端平
授予年度：2023年
学科分类：1011[医学-护理学（可授医学、理学学位）] 10[医学]
摘 要：伤口持续性受细菌感染可造成难治愈的慢性伤口。抗生素与各种敷料联合是治疗临床慢性感染性伤口的主要手段,但是抗生素滥用导致病原菌耐药和超级细菌的诞生,对人类健康造成更严重的威胁。因此,构建具有良好抗菌性能且能够促进伤口愈合的多功能敷料对于满足伤口护理的需求至关重要。二维金属有机框架（2D MOFs）是一种新兴的纳米功能材料,具有多元酶活性、可调控的成分、易于修饰的表面和显著的抗菌效果,是一种良好的抗菌材料和药物载体平台。然而,2D MOFs的合成条件苛刻且产量少,这极大的限制了其实际应用。基于此,本文从2D MOFs的制备及其生物医学应用入手,设计简便化能大规模合成有高质量催化体系的2D MOFs原始材料,构建2D MOFs复合材料的抗菌、抗炎、抗氧化“三效合一复合体系,用于提高感染性伤口的愈合效果,探究其作为感染性伤口的新型抗菌护理敷料的可能性及临床应用基础。研究内容和结果如下:1.二维金属有机框架原始材料制备及其酶催化抗菌性能的研究提高临床伤口敷料材料的抗菌性以解决“超级细菌带来的问题是刻不容缓。我们采用一种仿生的策略提高2D MOFs原始材料的类过氧化物催化活性,增强2D MOFs原始材料的杀菌效果。在本项工作中,我们研究了:一种简单化的一锅式溶液相法,并通过改变原料的摩尔比例实现产量化生产一系列新型二维有机金属框架（NiCo）Cu MOFs（x=0,0.1,0.25,0.5）;运用多元表征手段以确定纳米材料的片状特征;应用紫外法和荧光分析法分析（NiCo）Cu的类过氧化物酶活性催化过氧化氢（HO）产生羟基离子（·OH）的能力。发现合成不同摩尔比的金属有机框架类过氧化物酶活性存在差异,其中（NiCo）Cu表现出更强的类过氧化物酶活性。构建大肠埃希菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）病原体模型开展体外抗菌实验,由于（NiCo）Cu具有更优的类过氧化物酶活性,当存在外源性的HO时,（NiCo）Cu能催化外源性HO产生更多的·OH实现高效持续杀灭细菌。本研究设计了能简单大规模合成有高质量催化体系的2D MOFs原始材料,筛选出有优质类过氧化物酶活性的（NiCo）Cu用于抗菌的实际应用。这为2D MOFs原始材料的抗菌性能在感染性伤口愈合体系中的进一步应用奠定基础。2.多功能二维金属有机框架复合材料制备及在感染性伤口愈合中的应用上一章节研究发现（NiCo）Cu可以催化外源性的HO生成更多的·OH而具有更高的抗菌能力,但是（NiCo）Cu原始材料的酶活性单一,需要外源性HO的参与进行杀菌,导致操作繁琐,因此,设计安全、高效的具有HO自给供应能力的金属有机框架复合材料仍然是一个巨大的挑战。受感染伤口细胞中的HO生成与清除的启发,我们设计了一种多功能复合材料以供给内源性HO,该复合材料由（NiCo）Cu原位还原Au后物理吸附超氧化物歧化酶（SOD）,并共价结合G-四连体/血红素DNA酶制备而成。一方面,具有SOD活性的复合材料能将超氧阴离子转化为氧气和HO,发挥抗氧化作用和促进HO的生成。同时,共价结合G-四连体/血红素DNA酶导致该复合材料的类过氧化物酶催化活性增强,且该复合材料的类谷胱甘肽酶活性可以耗竭谷胱甘肽,削弱了·OH向下游转化。通过促进HO的生成来提高细胞内HO水平,最终增强类过氧化物酶介导的·OH杀菌效果。以MRSA和铜绿假单胞菌为模型菌株验证了该复合材料具有优异的杀菌能力。另一方面,建立脂多糖诱导巨噬细胞的体外炎症模型,结果显示用脂多糖和复合材料处理后的细胞上清液中炎症因子的含量显著降低,证明该复合材料有出色的抗炎能力。利用复合材料的SOD清除超氧阴离子的能力为伤口愈合提供充足的氧气及内源性的HO,这避免了外源性HO的使用。通过酶级联反应在感染性伤口治疗中体现了高效抗菌性、抗炎性、抗氧化“三效合一的能力和良好的生物安全性。本章工作不仅设计了具有HO供应能力的金属有机框架复合材料,而且提供了护理敷料抗菌、抗炎、抗氧化“三效合一以促进伤口愈合的新策略。
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