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苏州大学李明忠教授团队:抗菌丝素支架的制备及性能研究 | Polymers 精选

已有 2719 次阅读 2024-4-21 10:20 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

原文出自 Polymers 期刊

Pan, P.; Hu, C.; Liang, A.; Liu, X.; Fang, M.; Yang, S.; Zhang, Y.; Li, M. Preparation and Properties of Antibacterial Silk Fibroin Scaffolds. Polymers 2023, 15, 4581.https://www.mdpi.com/2073-4360/15/23/4581

   

文章导读

开发同时具有抗菌和促进伤口愈合功能的敷料是治疗开放性伤口和感染性伤口的主要关注点。在本研究中,利用聚六亚甲基双胍盐酸盐
(PHMB) 和丝素蛋白 (SF) 之间的静电相互作用,将PHMB负载到3D
SF支架中,并通过冷冻干燥法制备了PHMB/SF混合支架,研究了PHMB/SF比例对杂化支架抗菌活性和细胞相容性的影响。

   

研究过程与结果

PHMB/SF复合物的形成如图1所示。当带正电荷的PHMB与带负电荷的SF溶液混合时,PHMB通过静电相互作用与SF结合,形成PHMB/SF复合物。

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图1. PHMB/SF 复合物形成示意图。

不同PHMB/SF质量比的PHMB/SF杂化支架的横截面的SEM图像如图2所示。PHMB/SF支架的内部为多孔结构,孔隙形状为椭圆形或多边形,平均孔径为136~171

μm。孔壁上未观察到明显的PHMB积累。与不含PHMB的SF多孔支架相比,将PHMB掺入SF支架后,支架的孔隙形状没有明显变化。当PHMB/SF质量比为3/100、7/100和10/100时,支架内部中大孔的孔壁上存在更多微米级次生孔,大孔之间的连通性得到改善。支架大孔壁上形成的次生孔为支架中负载的PHMB的释放提供了通道。

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图2. PHMB/SF杂化支架的SEM图像。PHMB/SF质量比:(a) 0/100;(b)  0.5/100;(c) 1/100;(d) 2/100;(e) 3/100;(f) 7/100;(g)10/100。比例尺:500 μm。

PHMB/SF杂化支架的表征如图3所示。如3A所示,与SF支架相比,PHMB/SF杂化支架的X射线衍射曲线中的衍射峰没有明显变化,表明PHMB的添加并没有显著影响SF的分子构象;如3B所示,用甘油诱导处理后,支架中SF的分子构象主要以β折叠为主;如图3C所示,SF的Zeta电位为-6.81±0.26

mV,并且PHMB/SF复合物的Zeta电位随着PHMB/SF质量比的增加而逐渐增加。当PHMB/SF质量比为3/100时,复合物的Zeta电位为-0.78±0.09
mV,SF表面的负电荷基本被中和;当PHMB/SF质量比为7/100时,复合物的表面电荷由负转正, Zeta电位为+1.78±0.19
mV;当PHMB/SF质量比为10/100时,复合物的Zeta电位升高至+4.07±0.15 mV,且复合物表面带有大量正电荷。

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图3.
PHMB/SF 支架的表征。(A) XRD 曲线;(B) 傅立叶变换红外光谱;(C) Zeta 电位。PHMB/SF质量比:(a)
0/100;(b) 0.5/100;(c) 1/100;(d) 2/100;(e) 3/100;(f) 7/100;(g) 10/100;(h)
100/0。

不同PHMB/SF质量比的杂化支架的抑菌圈如图4所示。不含PHMB的SF支架没有产生抑菌圈,说明不含PHMB的SF支架对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌没有抑制作用。随着PHMB/SF质量比的增加,抑菌圈的宽度显著增加,杂化支架的抑菌效果增强。

444.jpg

图4.
不同PHMB/SF质量比的杂化支架的抑菌圈。(A) 针对大肠杆菌的抑菌圈照片;(B) 针对金黄色葡萄球菌的抑菌圈照片;(C)
抑菌圈的宽度。PHMB/SF质量比:(a) 0/100;(b) 0.5/100;(c) 1/100;(d) 2/100;(e)
3/100;(f) 7/100;(g)10/100。比例尺:10 mm。

不同PHMB/SF质量比的杂化支架的抑菌率如图5所示。图5结果表明,杂化支架的抗菌活性随着PHMB/SF质量比的增加而增加。

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图5.
不同PHMB/SF质量比的杂化支架的抑菌率。(A) 对大肠杆菌 (a1–g1) 和金黄色葡萄球菌 (a2–g2) 的抑菌率测试图像;(B)
抑菌率。PHMB/SF质量比:(a1,a2) 0/100;(b1,b2) 0.5/100;(c1,c2) 1/100;(d1,d2)
2/100;(e1,e2)  3/100;(f1,f2) 7/100;(g1,g2) 10/100。比例尺:10 mm。

接种在PHMB/SF支架中并培养1、3和7天的L-929细胞的SEM图像如图6所示。L-929细胞接种后,不含PHMB的SF支架中的细胞呈纺锤形,可以粘附在支架表面并延伸出少量丝状伪足。PHMB/SF质量比为0.5/100、1/100和2/100的混合支架中的细胞也能粘附在支架表面,且其细胞形态与不含PHMB的SF支架中的细胞形态没有显著差异。PHMB/SF质量比为3/100的混合支架内部分细胞呈球形,伪足不明显。质量比为7/10和10/100的PHMB/SF支架中的细胞呈球形且不能扩散。

666.jpg


6.  接种在PHMB/SF支架中并培养1、3和7天的 L-929细胞的SEM图像。(a1–g1) 1天;(a2–g2) 3天;(a3–g3)
7天。PHMB/SF质量比:(a1,a2,a3) 0/100;(b1,b2,b3) 0.5/100;(c1,c2,c3)
1/100;(d1,d2,d3) 2/100;(e1,e2,e3) 3/100;(f1,f2,f3) 7/100;(g1,g2,g3)
10/100。白色箭头指向细胞。比例尺:50 μm。

L-929细胞在PHMB/SF支架中的增殖情况如图7所示。结果表明质量比为0.5/100和1/100的PHMB/SF支架与不含PHMB的SF支架相比能够更好地促进细胞增殖。与不含PHMB的SF支架相比,质量比为2/100的PHMB/SF支架对细胞增殖没有显著影响。然而,当PHMB/SF的质量比大于3/100时,PHMB/SF支架中细胞的增殖活性显显著下降。

777.jpg

图7.
L-929细胞在PHMB/SF支架中的增殖。(A) 接种在PHMB/SF支架中并培养1、3和7天的L-929细胞的激光共焦图像。(a1–g1)
1天;(a2–g2) 3天;(a3–g3) 7天。(B) 细胞活力。PHMB/SF质量比:(a) 0/100;(b) 0.5/100;(c)
1/100;(d) 2/100;(e) 3/100;(f) 7/100;(g) 10/100。比例尺:100 μm。*:p < 0.05,****:p < 0.0001。

   

研究总结

1. 抗菌活性测试结果表明,PHMB/SF质量比为2/100、3/100、7/100、10/100的杂化支架具有有效的抗菌功能。

2. 当PHMB/SF的质量比约为2/100时,混合支架既具有有效的抑菌性能,又具有良好的细胞相容性,表明其有望作为一种新型抗菌敷料,用于治疗开放性和感染性伤口。

   

Polymers 期刊介绍

主编:Alexander Böker, University of Potsdam, Germany

期刊主题涉及聚合物化学、聚合物分析与表征、高分子物理与理论、聚合物加工、聚合物应用、生物大分子、生物基和生物可降解聚合物、循环和绿色聚合物科学、聚合物胶体、聚合物膜和聚合物复合材料等研究领域。

2022 Impact Factor:5.0 

2022 CiteScore:6.6

Time to First Decision:13.7 Days

Acceptance to Publication:2.9 Days



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