刘俊秋教授团队在Acta Biomaterialia 上发表基于以菌抗菌策略的活体水凝胶贴片对抗细菌感染和促进伤口愈合的研究

近日，我院刘俊秋教授团队在活体生物材料用于疾病治疗方面取得新进展。相关研究结果以“Fighting bacteria with bacteria: A biocompatible living hydrogel patch for combating bacterial infections and promoting wound healing”为题发表在Acta Biomaterialia (IF= 9.7)。

在过去的几年中，工程生物材料已经通过合成生物学和材料科学的交叉发展进行了广泛的研究，因为它们具有环境响应性和可持续性。通过将生物代谢与物质特性相结合，这些活材料特别有希望用于对抗细菌感染和促进伤口愈合。这样的材料还显示出治疗能力和生物相容性，因此适合于临床应用。

为了促进细菌感染的治疗效果并在时空上限制工程细菌的感染，我院刘俊秋教授团队提出“以菌抗菌”的概念，将工程光热细菌与蛋白质水凝胶平台相结合，开发了一种生物相容性、多模式、工程活蛋白质水凝胶贴片，用于结合活性氧（ROS）和细菌的光热疗法（图1）。首先构建了一种黑色素基因工程大肠杆菌（E^M）并用于体内表达黑色素颗粒，表现出良好的光热响应。带正电荷的四甲基吡啶卟啉（TMPyP）被吸附在E^M（E^MT）表面，通过避免聚集和提高PDT抗菌剂的量子产率，促进光介导产生剧毒单线态氧（¹O₂）。漆酶（Lac）是一种含铜多酚氧化酶，被引入以在木质素存在的有氧条件下催化有毒ROS的产生。最后，通过戊二醛交联，将工程化的 E^MT 生物杂化物和 Lac 酶 (E^MTL@Gel) 共同嵌入生物相容性牛血清白蛋白 (BSA) 水凝胶贴片中。

动物实验研究表明，E^MTL@Gel贴片不仅减少了工程E^M细菌的扩散，而且在光照射和木质素剂存在下通过光热、光动力和催化联合治疗对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌具有协同抗菌作用。工程活体贴片还对小鼠细菌感染的皮肤伤口表现出伤口愈合作用。伤口面积和感染是最直观的评价指标，用于评估不同组样本的修复效果（图2）。在愈合过程的第 4、8 和 12 天定量测量了小鼠的伤口面积，实验组的伤口愈合比率最高，表现出极佳的治疗效果。

该论文第一作者为2023级博士研究生徐政伟，通讯作者为刘俊秋教授、孙鸿程副教授和王婷婷副教授，杭州师范大学为第一完成单位。该研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金及浙江省自然科学基金的资助与支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.04.047