背景:皮肤损伤后易受细菌感染,这不仅会延长伤口的愈合时间,还可能导致其他严重问题,如全身感染、败血症、器官衰竭,甚至死亡。糖尿病患者由于自身免疫系统紊乱,更易遭受细菌感染。在这些感染中,皮肤伤口感染最为常见。金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌是从糖尿病足部感染中分离出来的最常见病原体,与伤口愈合时间密切相关。随着耐药菌株(如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)的不断出现,治疗感染变得越来越困难。此外,炎症也是延缓伤口愈合的关键因素之一。巨噬细胞是免疫系统中重要的成员,由于炎症刺激而分化为M1型巨噬细胞,这种细胞会释放大量的促炎性物质,如肿瘤坏死因Berzosertib纯度子-α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)和白细胞介素6(IL-6),从而延缓伤口的愈合。传统抗生素在一定程度上可以减缓细菌感染的进展,但过度使用抗生素会导致细菌耐药现象的普遍存在。因此,需要新型的治疗方法和概念来治疗伤口感染,包括控制高血糖、预防感染和调节伤口微环境。近年来,生物相容性多功能水凝胶被广泛用于治疗受感染的伤口。水凝胶的多孔结构、适当的膨胀率、高含水量、较好的理化性质和药理活性使其能够吸收伤口渗出物,保持水分平衡,抑制细菌感染以及缓解炎症反应,从而有利于加速伤口的愈合。此外,水凝胶还可以用作细胞因子、间充质基质细胞、细胞外囊泡等功能分子的载体,以促进伤口修复。近年来,越来越多的天然药物分子被用于制备水凝胶。与传统水凝胶相比,天然药物分子衍生的水凝胶最大优点是,它不仅可以作为凝胶的框架,还具有内在的药理活性。但是,利用天然药物分子设计水凝胶仍然是一项非常复杂、充满挑战的任务,因为通常需较高浓度的天然药物才能形成自组装的水凝胶,而这样往往会导致不可避免的细胞毒性。因此,如何在较低浓度下构建天然药物分子自组装多功能水凝胶并成功应用于感染性伤口的治疗,是一个值得深入研究的问题。基于上述背景,本论文以甘草酸(GA)、氯化亚铁(FeCl2)和硫化钠(Na2S)为研究对象,首先,GA在较低浓度条件下,可通过金属配位作用,组装形成Fe2+/GA水凝胶。实验详细研究了 Fe2+/GA水凝胶的形貌、结构、抗菌和抗炎活性,以及Fe2+/GA水凝胶对小鼠胚胎成纤维细胞(3T3)增殖和迁移的影响。同时本文评价了 Fe2+/GA水凝胶在细菌感染的小鼠皮肤伤口模型中的治疗效果。其次,为了进一步提高GA水凝胶的抗菌及抗炎活性,在Fe2+/GA体系中引入硫化钠(Na2S),原位合成了 FeS/GA水凝胶。实验详细研究了 FeS/GA水凝胶的形貌、结构、抗菌活性和作用机制,以及FeS/GA水凝胶对巨噬细胞极化的调控和对小鼠胚胎成纤维细胞(3T3)增殖和迁移的影响,同时本文还评价了 FeS/GA水凝胶在细菌感染的糖尿病小鼠皮肤伤口模型中的治疗效果。期望通过本文的开展,研发天然小分子水凝胶敷料提供新思路和策略。目的:(1)在较低浓度的GA条件下,利用GA与Fe2+之间的配位作用,组装形成Fe2+/GA水凝胶,探究其抗菌和抗炎活性以及在小鼠感染伤口中的愈合情况。(2)在GA水凝胶中原位合成FeS纳米颗粒,构建FeS/GA水凝胶,探究其抗菌和免疫调节作用及对糖尿病小鼠感染伤口的治疗效果。方法:第一章:亚铁诱导甘草酸水凝胶的形成用于促进金黄色葡萄球菌感染的伤口愈合本章成功构建了 Fe2+/GA水凝胶。首先,采用扫描电子显微镜(SEM)及旋转流变仪对Fe2+/GA水凝胶进行表征。接着,研究了 Fe2+/GA水凝胶的抗菌活性及机理,包括平板计数、细菌形态观察、激光共聚焦拍摄、水凝胶中GA和Fe2+的累积释放量的测定、水凝胶中Fe价态的测定、细菌内丙二醛(MDA)含量和活性氧(ROS)的检测以及细菌核酸降解情况分析。随后,研究了 Fe2+/GA水凝胶的抗炎活性,包括酶联免疫吸附剂(ELISA)测定和Western blotting(WB)分析。此外,通过MTT法和划痕实验评估了 Fe2+/GA水凝胶对小鼠胚胎成纤维细胞(3T3)的增殖和迁移的影响。最后,在对Fe2+/GA水凝胶的生物安全性评价之后,构建了金黄色葡萄球菌感染的小鼠皮肤伤口模型,综合评价了 Fe2+/GA水凝胶的体内抗菌、抗炎作用及促进伤口愈合效果。第二章:原位合成硫化亚铁/甘草酸水凝胶用于促进耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染的糖尿病伤口愈合本章在Fe2+/GA体系中,通过引入硫化钠(Na2S),利用Fe2+与S2-之间的反应,原位合成FeS/GA水凝胶。实验采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和旋转流变仪对FeS/GA水凝胶进行表征,并通过X射线衍射光谱(XRD)分析其组成和结构。随后,研究了 FeS/GA水凝胶的抗菌活性及机理,主要包括平板计数、细菌形态观察、激光共聚焦拍摄、水凝胶中GA、Fe2+和H2S的累积释放量的测定、水凝胶中Fe价态的测定、细菌内脂质过氧化的测定、细菌内活性氧(ROS)的检测、细菌核酸降解、细菌内谷胱甘肽(GSH)和ATP含量的测定。此外,采用流式细胞术评价了FeS/GA水凝胶对巨噬细胞极化的调控,并通过MTT法和划痕实验评估了 FeS/GA水凝胶对小鼠胚胎成纤维细胞(3T3)的增殖和迁移的影响。最后,在对FeS/GA水凝胶的生物安全性评价之后,构建耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染的糖尿病小鼠皮肤伤口模型,评价了 FeS/GA水凝胶对糖尿病伤口感染的治疗效果。结果:第一章:本章制备的Fe2+/GA水凝胶具有均匀和相互连接的多孔微观结构。流变学分析结果表明,Fe2+/GA水凝胶具有良好的稳定性、可注射性和自愈合性能。抑菌实验结果表明,Fe2+/GA水凝胶对金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)均有显著的抑制作用。抗菌机制研究表明,Fe2+/GA水凝胶主要通过持续释放Fe2+,导致细菌内ROS的过量产生和脂质过氧化反应的发生,从而触发细菌中DNA的降解,导致细菌的死亡。此外,GA可以提供一个还原环境,防止Fe2+氧化为Fe3+,从而保持水凝胶的抗菌活性。Fe2+/GA水凝胶可以通过下调LPS诱导的RAW264.7巨噬细胞中NF-κB信号通路来缓解炎症反应,并显著促进小鼠胚胎成纤维细胞(3T3)的增殖和迁移。通过金黄色葡萄球菌感染的小鼠皮肤伤口模型的实验证明,Fe2+/GA水凝胶具有良好的生物相容性,并能有效杀死细菌,加速伤口愈合。第二章:本章通过原位合成FeS/GA水凝胶,其水凝胶中的FeS纳米颗粒呈现出均匀的球形形态,尺寸约为800 nm。从扫描电子显微镜图像中可见,水凝胶具有均匀且相互连接的微观结构,并且在表面观察到FeS小颗粒。流变学分析结果表明,FeS/GA水凝胶具有良好的稳定性、可注射性和自愈合性能。抑菌实验结果表明,FeS/GA水凝胶对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)ABT-263研究购买均有显著的抑制效果。抗菌机制研究表明,除了 GA本身抗菌作用外,FeS/GA水凝胶可持续释放Fe2+,导致细菌内ROS的过量产生、脂质过氧化反应的发生和细菌内谷胱甘肽含量的消耗,从而触发细菌中DNA的降解,进而导致细菌发生铁死亡。同时,水凝胶中硫化氢(H2medical testingS)的释放,可抑制细菌的能量代谢。铁死亡与能量代谢干扰的相互协同可快速杀死细菌。此外,FeS/GA水凝胶可有效调节巨噬细胞的M1/M2表型,并显著促进小鼠胚胎成纤维细胞(3T3)的增殖和迁移。经耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染的糖尿病小鼠皮肤伤口模型实验证明,FeS/GA水凝胶具有良好的生物相容性,能有效杀死耐药细菌,加速伤口愈合和血管生成。