【摘 要】
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目的:创面感染容易导致延迟愈合和侵袭性并发症,对人类生命健康构成严重威胁。研发具有广谱高效抗菌性能和促进伤口愈合性能的新型医用抗菌敷料具有重要的临床价值。甲壳素(chitin)等天然高分子材料具有良好的生物相容性、可降解性和无毒无免疫原性,在抗菌敷料研发领域有着巨大的应用潜力。本研究采用独创的低温KOH/尿素水溶解体系均相制备季铵盐化甲壳素基衍生物(quaternized chitin deriv
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目的:创面感染容易导致延迟愈合和侵袭性并发症,对人类生命健康构成严重威胁。研发具有广谱高效抗菌性能和促进伤口愈合性能的新型医用抗菌敷料具有重要的临床价值。甲壳素(chitin)等天然高分子材料具有良好的生物相容性、可降解性和无毒无免疫原性,在抗菌敷料研发领域有着巨大的应用潜力。本研究采用独创的低温KOH/尿素水溶解体系均相制备季铵盐化甲壳素基衍生物(quaternized chitin derivatives,QC-s),验证QC-s的抗菌性能和生物相容性,并对其结构与抗菌性能的构效关系和抗菌机制进行了探究。同时,我们利用猪的感染性皮肤全层创面模型,临床前评估QC-s对感染性创面的治疗效果。方法:(1)利用KOH/尿素水溶解体系溶解甲壳素,同步引入季铵盐试剂进行季铵化反应,制备一系列不同脱乙酰度(degree of deacetylation,DD)和季铵盐取代度(degree of quaternization,DQ)的QC-s;通过抗菌实验探究QC-s结构与抗菌性能之间的构效关系,筛选出抗菌性能最强的季铵盐化甲壳素基衍生物材料—QC-4。(2)利用体外抗菌实验,检测QC-4对临床上8株常见病原菌,包括4种多重耐药病原菌的抗菌效果;利用扫描电镜观察QC-4作用前后微生物形态结构的改变,利用活死染色技术和膜电位荧光探针标记技术,检测QC-4作用前后微生物膜渗透性和膜电位的改变;观察QC-4与革兰氏阳性菌细胞壁负电荷主要成分磷壁酸(lipoteichoic acid,LTA)和革兰氏阴性菌细胞壁负电荷主要成分脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)的结合情况,阐明QC-4的抗菌机制。(3)通过体外细胞毒性试验和溶血实验检测QC-4的细胞相容性和血液相容性,通过体内小鼠皮下植入模型,检测QC-4连续4周的皮下植入对小鼠大器官的结构和功能的影响,评价QC-4的系统毒性。(4)构建猪的金黄色葡萄球菌感染性皮肤全层创面模型,选取临床上应用最为广泛的纳米银抗菌敷料(Alginate Ag)、壳聚糖抗菌敷料(Chitoclot Bandage)和无菌纱布为对照,免疫荧光染色法检测创面细菌感染情况,病理学检查评估创面的再上皮化程度和胶原组织生成情况,观察QC-4在体的抗感染和促伤口愈合疗效;同时利用小鼠皮下植入物多重耐药金黄色葡萄球菌感染模型,评估QC-4在体的抗耐药菌性能。结果:(1)制备了9种含有不同DD和DQ的QC-s,构效关系表明QC-s的DD和DQ越高,抗菌性能越强,其中QC-4(DD=78.9%,DQ=0.46)为抗菌性能最强季铵盐化甲壳素基衍生物。(2)QC-4对于革兰氏阴性大肠杆菌、革兰氏阳性金黄色葡萄球菌、真菌白色念珠菌、厌氧菌脆弱拟杆菌和耐药大肠杆菌、耐药金黄色葡萄球菌、耐药铜绿假单胞菌、耐药鲍曼不动杆菌8株病原菌均有强大的抗菌作用,有效浓度范围低至500 ng/m L-5μg/m L。QC-4的抗菌机制可能是通过其分子上的阳离子基团与微生物细胞壁负电荷成分结合,引发膜渗透性、膜电位等功能紊乱以及膜结构破坏,最终导致微生物死亡。(3)QC-4在100倍于有效抗菌浓度范围的高浓度剂量时(500μg/m L),不会对人正常皮肤成纤维细胞(primary normal human dermal fibroblasts,NHDF)的增殖产生抑制作用,也不会导致红细胞发生溶血。QC-4连续4周的皮下植入不会导致小鼠的肝、肾、心、脾、肺等大器官发生病理结构改变,对小鼠的肝肾功能也没有明显影响。(4)QC-4在猪感染性皮肤全层创面的治疗中展现了显著的在体抗菌性能和促伤口愈合性能,QC-4在体抗菌性能和促伤口愈合性能完全不逊色于临床上应用最广的纳米银敷料Alginate Ag,并且明显优于壳聚糖敷料Chitoclot Bandage和无菌纱布。QC-4在小鼠皮下植入物感染模型中也展现了显著的在体抗多重耐药病原菌性能。结论:我们利用KOH/尿素水溶解体系,均相制备了具有广谱高效抗菌性能、抗多重耐药病原菌性能和良好的生物相容性的季铵盐化甲壳素基衍生物QC-4。QC-4在感染性创面的治疗中,显著地减轻了创面感染,并且对创面的修复愈合起到了有效的促进作用。因此,QC-4可以作为新型医用抗菌敷料,广泛应用于感染性创面的治疗。
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