Bioactive Materials|时空工程化微针通过重塑微环境促进气管黏膜损伤后的黏膜再生

该研究以题为“Spatiotemporally engineered microneedle for microenvironment remodeling propels mucosal regeneration after tracheal mucosal injury”发表在Bioactive Materials上。

      重塑黏膜微环境是严重气管黏膜损伤（TMI）中的关键步骤，可能引发一系列病理事件，如感染、炎症、氧化应激和微血管破坏。目前TMI的治疗策略主要集中在抗感染或抗炎通路，或依赖手术干预以处理诸如狭窄等并发症。然而，对黏膜微环境的精准调控仍显不足，气管的独特解剖结构也阻碍了药物递送和治疗浓度的维持。为解决这些挑战，基于银烟酸（AgNA）和镁镓酸（MgGA）金属有机框架（MOFs）功能化明胶（Gel）开发了一种时空工程化的双层微针（MN）。在时间维度上，Gel-AgNA/MgGA MN通过明胶和MOFs的顺序降解实现了持续的治疗活性。在空间维度上，AgNA和MgGA MOFs的分层负载实现了对黏膜微环境的靶向调控。此外，Gel-AgNA/MgGA MN能有效穿透黏膜并牢固附着于组织表面。体外实验显示，微针基部的AgNA MOFs可杀灭细菌；微针尖端的MgGA MOFs可减少活性氧（ROS）积累，促进M2型巨噬细胞极化，并上调促血管生成基因的表达。体内实验中，Gel-AgNA/MgGA MN改善了兔的存活率，恢复了呼吸功能，并促进了上皮和微血管再生。本研究为黏膜微环境重塑提供了见解，并为TMI提供了一种潜在的治疗策略。

文献速览

图1

时空工程化凝胶-银纳米颗粒/镁甘氨酸螯合物微针（Gel-AgNA/MgGA MN）示意图，该微针通过减轻感染、炎症、氧化应激并促进血管再生，重塑兔气管黏膜损伤后的黏膜微环境。气管黏膜损伤（TMI）会触发一系列病理事件，包括感染、炎症、氧化应激和微血管破坏，这些因素共同损害黏膜再生所需的微环境。银纳米颗粒（AgNA）由银和纳米银组成，具有强大的抗菌活性；镁甘氨酸螯合物（MgGA）由镁离子和甘氨酸螯合而成，可协同发挥抗炎、抗氧化和促血管生成作用。为实现这些治疗作用的时空调控，制备了一种基于明胶的双层微针（Gel-AgNA/MgGA MN），其中AgNA被整合到基底中，MgGA则嵌入针尖内。当应用于兔气管黏膜损伤时，AgNA能有效清除管腔内细菌定植并抑制生物膜形成。同时，穿透黏膜下组织的MgGA可减轻炎症和氧化应激，并促进新血管生成。随着Gel-AgNA/MgGA微针的逐渐降解，微针持续释放治疗成分以维持其多效作用。综上所述，这种时空工程化的Gel-AgNA/MgGA微针重塑了损伤后气管微环境，并促进了黏膜再生。

图2

MgGA金属有机框架、AgNA金属有机框架和Gel-AgNA/MgGA微针的表征。(a) MgGA和AgNA金属有机框架的代表性扫描电子显微镜/能谱图像。(b) MgGA和AgNA金属有机框架的X射线衍射图谱。(c) MgGA金属有机框架的类超氧化物歧化酶（O2∙-清除）和类过氧化氢酶（H2O2清除）活性。(d) Gel和Gel-AgNA/MgGA微针的扫描电子显微镜图像。(e) Gel、Gel-MgGA和Gel-AgNA的傅里叶变换红外光谱。(f) Gel、Gel-AgNA、Gel-MgGA和Gel-AgNA/MgGA微针的溶血率。(g) 不同高度Gel-AgNA/MgGA微针的荧光染色。(h) 微针的宏观和光学显微观察。(i) 亚甲蓝染色微针穿透气管黏膜的光学显微观察。(j, k) 各种微针的力-距离曲线。(l) 各种微针的降解速率。

图3

凝胶-银纳米颗粒/镁纳米颗粒（Gel-AgNA/MgGA MN）对凝胶（Gel）、凝胶-镁纳米颗粒（Gel-MgGA）或凝胶-银纳米颗粒/镁纳米颗粒（Gel-AgNA/MgGA MN）处理后氧化应激、巨噬细胞极化及血管生成的影响。(a) RAW264.7细胞中DCFH-DA染色（活性氧ROS标记物，绿色）的代表性荧光图像及ROS水平定量分析（n=3）。(b–c) 不同处理后RAW264.7细胞中CD86+和CD206+巨噬细胞的免疫荧光图像及定量分析（n=3）。(d) RAW264.7巨噬细胞的流式细胞术分析（n=3）。(e) 人脐静脉内皮细胞（HUVECs）与各种纳米颗粒（MN）共培养的示意图。(f) HUVECs中Transwell实验的代表性图像及定量结果（n=3）。(g) HUVECs中EdU实验的代表性图像及定量结果（n=3）。(h) 与纳米颗粒共培养3天后HUVECs中血管生成相关基因表达的RT-PCR分析（n=3）。

图4

凝胶-AgNA/MgGA纳米材料（Gel-AgNA/MgGA MN）对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性，经凝胶、凝胶-AgNA或凝胶-AgNA/MgGA纳米材料处理后。(a) 经各种纳米材料处理24小时后细菌的琼脂平板代表性图像及Syto9/PI染色结果。(b–c) 菌落计数及活/死细菌的定量分析（n=3）。(d) 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的扫描电镜（SEM）图像。(e) 经不同处理后细菌的蛋白质泄漏情况。(f) 经不同处理后生物膜的结晶紫染色和活/死染色。(g, h) 生物膜的定量评估，包括570 nm处的吸光度和平均厚度（n=3）。(i) 凝胶-AgNA/MgGA纳米材料抗菌作用的示意图。

参考信息

Pub Date : 2026-02-17,

DOI: :10.1016/j.bioactmat.2026.01.026

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