子宮內膜感染可導致急性子宮內膜炎和子宮持續炎症，嚴重時會導致不孕。子宮內膜感染的臨床管理主要依賴於及時的抗生素應用。然而，抗生素的過度和不恰當使用已經引發了耐葯菌的大量增殖，加劇了藥物耐藥性的危機。急需開發一種利用感染微環境有效對抗子宮內膜感染和促進子宮內膜修復的局部抗菌治療策略。
為了解決這一問題，四川大學馬朗教授、程沖教授、羅紅教授團隊設計了一種可注射用刺狀的仿生人工cu-聚酞菁過氧化物酶複合溫敏水凝膠。用於生物適應性和協同對抗子宮內膜感染。基於cu-聚酞菁網絡的刺突連接酶模擬物 （sle-cuppc） 在對抗子宮內膜感染方面具有雙重功能。尖刺納米結構能夠有效地局部捕獲和殺死細菌，同時產生大量的活性氧（ros）。sle-cuppc與細菌表面的結合會縮小ros作用半徑，從而增強其殺菌效果。sle-cuppc 進一步封裝到溫敏水凝膠中，形成可注射複合水凝膠 g-sle-cuppc。子宮內膜感染模型表明，這種複合水凝膠製劑不僅可以有效根除金黃色葡萄球菌，還可以刺激血管增殖，抑制纖維化，促進子宮內膜修復。這項工作證明了 g-sle-cuppc 在根除耐葯細菌中的關鍵作用，並為開發用於臨床子宮內膜感染治療的下一代治療性水凝膠鋪平了道路。該研究以題為「injectable spiky artificial peroxidase-encapsulated hydrogels for bioadaptively and synergistically combating endometrial infections」的論文發表在《advanced functional materials》。
可注射刺狀人工過氧化物酶複合水凝膠
新型複合水凝膠的設計與結構。sle-cuppc基於銅-聚酞菁網絡，具有尖刺狀納米結構，可高效捕獲並殺滅細菌，同時利用感染部位的酸性環境和過氧化氫（h₂o₂）生成大量ros。該結構通過刺狀二氧化硅模板形成，表面覆蓋薄層cuppc，活性位點高度暴露，顯著提升了催化效率。溫敏水凝膠的封裝使藥物能在子宮內長時間滯留，實現持續抗菌作用。
圖1. 用於生物適應性和協同對抗子宮內膜感染的刺狀人工銅-聚酞菁過氧化物酶複合溫敏水凝膠的示意圖。
圖2. 聚合網絡型人工過氧化物酶sle-cuppc的合成與表徵。a）sle-cuppc的合成途徑和類pod酶活性的示意圖。b，c）s-sio2和sle-cuppc生物催化劑的形態的tem圖像。d）s-sio2和sle-cuppc的粒度分佈分析。e）sle-cuppc的hrtem分析。f，g）sle-cuppc的ac-stem圖像。h）s-cuppc的eds元素圖譜。i）sle-cuppc的saed圖案。j）pxrd圖譜。k）ftir譜圖。1）紫外-可見吸收光譜。m）拉曼光譜。
協同抗菌機制。sle-cuppc的尖刺結構可物理吸附於細菌表面，縮小ros的作用半徑，從而增強殺菌效果。其類過氧化物酶（pod）活性依賴銅中心，在酸性條件下穩定產生活性氧（如羥基自由基·oh和超氧陰離子·o₂⁻）。複合水凝膠g-sle-cuppc結合了納米酶的強效抗菌能力和水凝膠的緩釋特性，既能清除耐葯菌（如金黃色葡萄球菌和大腸桿菌），又避免全身毒性。
圖3. a）通過tmb方法用sle-cuppc和其他結構對類pod活性的uv-vis吸收光譜，通過cu含量或重量歸一化sle-cuppc以比較sle-cuppc和cuppc。b）sle-cuppc在不同h2o2濃度下的類pod性能。c）以h2o2為底物的cuppc的michaelis-menten曲線和lineweaver-burk作圖。d）cuppc的ton值與最近報道的其它生物催化劑的ton值的比較。e）sle-cuppc和cuppc之間的催化性能指數比較。f）在叔丁醇（tba，羥基自由基清除劑）和苯醌（bq，超氧陰離子清除劑）存在下的sle-cuppc的自由基捕獲測定。g，h）用於檢測不同體系產生的·oh和·o2−的epr譜。i）ph值耐受性測試。j）長期穩定性實驗。k）kscn毒化試驗。
圖4. 體外抗菌性能。a）g-sle-cuppc合成示意圖。b）體外抗菌實驗模型圖。c）流式細胞術檢測金黃色葡萄球菌。d）sle-cuppc od 600法檢測金黃色葡萄球菌。e）從活/死用sle-cuppc和g-sle-cuppc處理金黃色葡萄球菌。f）g-sle-cuppc治療組和對照組的金黃色葡萄球菌感染率分別為100%和100%。g）具有良好的抗菌活性。h）大腸桿菌中的表達。i）sle-cuppc對大腸桿菌的最低抑菌濃度（mic）為0.001μg/l中進行od 600測定。j）活/死大腸桿菌熒光圖像的clsm三維重建;用sle-cuppc和g-sle-cuppc處理大腸桿菌。k）e.coli感染組和g-sle-cuppc治療組。1）通過熒光成像法測定大腸桿菌中活菌/死菌的比例來測定細菌活性。
體內外療效驗證。體外實驗：g-sle-cuppc對s. aureus和e. coli的最小抑菌濃度（mic）分別為50 μg/ml和100 μg/ml，通過破壞細菌膜結構實現高效殺菌。小鼠模型：陰道注射後，水凝膠在子宮內長期滯留，顯著減少感染部位的炎症因子（如il-1β、il-6、tnf-α）表達，抑制纖維化，並促進血管生成和子宮內膜修復。治療後小鼠子宮內膜厚度恢復至271 μm（對照組僅151 μm），且未表現肝腎功能損傷。
圖5. 複合水凝膠在小鼠子宮內膜感染模型中的應用。a)經陰道水凝膠注入小鼠子宮腔示意圖。b)經陰道注射c6標記的sle-cuppc、gel或g-sle-cuppc的小鼠陰道黏膜縱向切片的熒光顯微鏡圖像。綠色信號c6；藍色信號dapi。c)小鼠子宮體外成像。d) (c)中熒光強度分析的定量分析。e) (b)中平均熒光強度分析的定量分析。f）治療期間小鼠子宮形態超聲測量示意圖。g)各治療組小鼠子宮代表性超聲圖像。h)治療期間各組子宮腔收縮的動態變化。
圖6. 複合水凝膠（g-sle-cuppc）促進小鼠子宮內膜再生。a) g-sle-cuppc水凝膠處理小鼠子宮內膜再生過程示意圖。b) col1a1 （i型膠原，綠色）免疫熒光染色評估子宮內膜纖維化。c)定量分析(b)和(d)子宮組織切片h&e染色中col1a1的表達水平。e)定量分析子宮內膜厚度及腺體數量。f)馬氏三色染色用於纖維化評估（藍色：膠原/纖維化區域）。g) α-sma免疫熒光（紅色）評價平滑肌再生。h) cd31免疫熒光（紅色）評估血管化。i)定量分析masson、α-sma、cd31在（f, g, h）中的表達水平。
總結：設計了一種可注射的刺狀人工過氧化物酶複合水凝膠，用於生物適應性和協同對抗子宮內膜感染。sle-cuppc通過利用細菌表面的物理吸附，增強了對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的「捕獲和殺死」作用，從而減小了ros的作用半徑，增強了類pod活性。在將sle-cuppc包封到臨床批准的溫敏水凝膠中後，我們生產了一種可注射的複合水凝膠g-sle-cuppc。這種水凝膠可以在室溫下陰道給葯，在小鼠的子宮腔內凝膠化。水凝膠的生物黏附特性可以延長滯留時間，從而達到持續的抗菌作用。子宮內膜感染模型表明，該複合水凝膠配方不僅能有效根除金黃色葡萄球菌，還能促進血管增殖，抑制纖維化，促進子宮內膜修復。這項工作證明了sle-cuppc在根除耐葯細菌中的關鍵作用，為開發用於臨床子宮內膜感染治療的下一代治療性水凝膠鋪平了道路。
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202424512
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