东北大学舒杨/王建华课题组CEJ：利用离子液体水凝胶进行微波热疗和透皮给药促进感染伤口的快速愈合

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细菌感染严重威胁人类健康。虽然抗生素能有效抑制细菌存活和增殖，但其滥用和误用会导致耐药菌株的形成。此外，细菌定殖在物体表面形成生物膜也会使细菌产生耐药性，降低抗生素的治疗效果。作为外源性物理疗法，光动力（PDT）和光热疗法（PTT）用于治疗伤口感染的研究渐多。但限于光的穿透能力，PDT和PTT的治疗深度只能达到数毫米，严重影响治疗效果。微波热疗（MWTT）毒副作用低、穿透能力强、热效率高，是一种理想的外部刺激源。结合离子液体的微波吸收能力，可作为微波热敏剂辅助提高消融肿瘤效果。不过负载的离子液体可能从介孔中泄露而产生毒性作用。若将离子液体通过共价键耦连到材料中，则可最大程度地减少由离子液体泄露引起的毒性作用，同时可将微波转化为热量发挥杀菌作用。

基于此，东北大学的舒杨和王建华课题组在Chemical Engineering Journal期刊上发表了题为Microwave-triggered ionic liquid-based hydrogel dressing with excellent hyperthermia and transdermal drug delivery performance的文章（DOI: org/10.1016/j.cej.2021.131590）。作者将微波响应离子液体乙烯基苄基三甲基氯化铵（VBTMACl）、丙烯酸（AA）、胆碱离子液体[2-（甲基丙烯酰氧乙基）三甲基氯化铵]（ChMACl）共聚得到聚离子液体（PIL），再将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）均匀分散到PIL中形成离子液体水凝胶（VACPHs），最后将模型药物左氧氟沙星（LEVO）负载到水凝胶中（图1）。利用离子液体水凝胶进行微波热疗和透皮给药，促进感染伤口的快速愈合。

 
图1.  含离子液体水凝胶VACPHs的制备（A）及其治疗细菌感染图示（B）
通过改变反应物浓度配比制备了四种VACPHs水凝胶（VACPH 0到VACPH 3），VBTMACl的含量从VACPH 0到VACPH 3依次增加。VBTMACl是微波响应型离子液体单体，可将微波转化为热能，显著增强微波热疗效果（图2）。如在微波辐照下，VACPH3可在5分钟内将温度上升到54.3℃，而VACPH0在相同条件下仅为39.4℃。水凝胶具有良好的溶胀特性，可促使水溶性药物LEVO的释放率增加。另外，随VBTMACl含量增加，水凝胶的孔径增大，有利于水凝胶从创面吸收伤口渗出液。 
图2. VACPHs水凝胶的微波加热性能、药物释放性能以及细胞毒性评估。（A） VACPHs水凝胶在MW辐照下（1 W, 5 min）的加热曲线，（B） VACPHs水凝胶在1 W, 5 min辐照下的温度变化直方图，（C） VACPH3水凝胶在不同微波功率（1, 2, 3 W, 5 min）照射下的温度曲线，（D） LEVO在PBS（pH 7.4, 10 mM）中从VACPHs水凝胶中体外释放的动力学曲线，（E） VACPHs水凝胶的溶血活性，（F） VACPHs水凝胶孵育24 h后L-02细胞的存活率。 

作者评估了水凝胶结合微波热疗对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的抗菌性能（图3）。VACPHs单独存在时，水凝胶的抗菌功效较低，而结合微波作用之后，S. aureus和MRSA的杀菌效率显著提高，且在结合LEVO之后抗菌性能得到进一步提高。

 
图3. VACPHs水凝胶对S. aureus和MRSA的抗菌活性。（A）S. aureus（C）和MRSA在VACPHs水凝胶存在时，有无微波辐照情况下微生物菌落的形成单位（CFU），（B）S. aureus（D）和MRSA的CFU计数，（E）不同浓度LEVO处理S. aureus和MRSA的存活率，（F） VACPHs-LEVO联合微波照射后S. aureus和MRSA的CFU计数。 

动物水平抗菌效果如图4。很显然，给予感染小鼠不同治疗后，VACPH3-LEVO+MW可显著减少细菌数量，促进皮肤伤口愈合。

 
图4.  VACPH3水凝胶联合MW治疗S. aureus感染。（A） VACPHs、VACPHs + MW和VACPHs- LEVO+ MW处理的伤口照片，（B）相对伤口面积随时间变化的定量评价，（C）代表性菌落照片，（D）不同实验组伤口组织菌落的CFU计数，（E）创面处理14天后Hematoxylin-eosin stain (H&E) 染色。

原文链接

http://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131590

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