腹部(bu)損(sun)傷后(hou)的細菌感染(ran)和過度(du)炎(yan)癥(zheng)可(ke)引(yin)起危及生命的并發(fa)癥(zheng)，導致多器官(guan)衰(shuai)竭和死亡。目前(qian)通過手術、液體復蘇和感染(ran)控(kong)制來治療腹部(bu)創傷的策略(lve)不足(zu)以應對嚴重(zhong)病例。迫切(qie)需(xu)要新的方法來迅速(su)減輕(qing)炎(yan)癥(zheng)和感染(ran)，以預防嚴重(zhong)腹部(bu)創傷后(hou)的并發(fa)癥(zheng)。
圖(tu)1：水凝膠的合成和作為傷(shang)口敷料應用于治(zhi)療腹部創傷(shang)的示意圖(tu)
(A)用凝(ning)膠形(xing)成的(de)氧(yang)化硫酸(suan)軟骨素、陽離子聚乙烯亞胺和氨基糖苷類抗(kang)生(sheng)素制(zhi)備水凝(ning)膠。(B)作為治療腹部創(chuang)傷的傷口(kou)敷料，陽離子水凝膠清(qing)除陰(yin)離子促炎分(fen)子，如(ru)無細胞DNA(cfDNA)，以及陰離子細菌(jun)，通過促(cu)進巨噬細胞從促(cu)炎癥表(biao)型(M1)轉(zhuan)化為(wei)組織修(xiu)復表型(M2)，預(yu)防感染(ran)和減輕(qing)炎癥。
圖2：陽離(li)子水(shui)凝(ning)膠的表征
(A-C)水(shui)凝膠的激光掃描(miao)共聚(ju)焦顯(xian)微(wei)鏡(CLSM)圖像(xiang)。(D-F)掃描電子顯(xian)微鏡(SEM)圖像。Tob/OCS(A和(he)D)、PEI/OCS(B和E)和(he)Tob/PEI/OCS(C和(he)F)，Tob/PEI/OCS凝膠由(you)于其更大(da)的氨基豐(feng)度和交聯密度而擁有(you)最(zui)密集、最(zui)緊(jin)密的網絡。(G)水(shui)凝(ning)膠的儲能模量(liang)和損耗模量(liang)。(H)剪切速率為1-100 rad s-1時水凝膠的(de)黏度變(bian)化。隨著剪切速率增加(jia)，水凝膠黏度急劇下(xia)降。(I)Tob/OCS和Tob/PEI/OCS水凝膠在pH值為5.0或者7.4時的Tob釋放(fang)曲線。 Tob/PEI/OCS水凝膠(jiao)由于席夫(fu)堿的斷裂和靜電相互作用(yong)，表現出pH依賴性降解(jie)和(he)釋(shi)放行為。(J)通過使三個(ge)水(shui)凝(ning)膠(jiao)塊接觸來測試水(shui)凝(ning)膠(jiao)的(de)自愈能力；這些區塊形成了(le)一個(ge)單一的(de)水(shui)凝(ning)膠(jiao)，在拉(la)伸時保持完整。
圖(tu)3：陽離子水(shui)凝膠(jiao)清(qing)除促(cu)炎分子和細(xi)菌
(A–D)培養12小(xiao)時后，(A)TNF-α，(B)CpG，(C)LPS和(D)HMGB1的水(shui)凝膠結合效率。在這三種(zhong)水(shui)凝膠中，Tob/PEI/OCS凝膠對TNF-α、CpG、LPS和HMGB1結合效(xiao)率(lv)最(zui)高。(E–F)在37°C下培養2小時(shi)后水凝膠的表面(mian)抗菌活性。陽離子水凝膠殺死所有細菌。(G)大腸桿菌和(he)(H)金黃(huang)色葡(pu)萄球菌在與水凝膠(jiao)孵(fu)育24小時期間的(de)生長曲線(xian)。與缺乏抗生素的(de)PEI/OCS凝膠相比(bi)，Tob/OCS和Tob/PEI/OCS凝膠對大腸桿菌和金黃(huang)色葡(pu)萄球菌的抗菌活性更強(qiang)。(I)96小時水凝膠對細菌的抑(yi)制熱圖。(J–L)在不存在或存在水凝膠的情(qing)況下，CpG激活HEK-Blue TLR9報告細胞，LPS激活HEK-Blue TLR4報告細胞，以及(ji)CpG激活Raw 264.7巨噬細胞。所有水凝膠(jiao)都減少了CpG誘導的TLR9激活，水凝膠(jiao)還阻(zu)斷了(le)LPS誘導的TLR4激活，并(bing)減少了CpG和LPS刺(ci)激的RAW 264.7細(xi)胞產生的TNF-α分泌。
圖4：Tob/PEI/OCS水凝膠通過清除血液循環中的促炎(yan)因子，保(bao)護小鼠(shu)免受嚴重腹部創(chuang)傷后的并發癥和(he)死亡
(A)盲(mang)腸結扎和穿刺(CLP)導致的(de)嚴重腹部創傷示意圖。(B)CLP后(hou)(hou)監測(ce)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)存活(huo)(huo)168小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)時(shi)(shi)(7天)(每(mei)(mei)組(zu)13只(zhi)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu))。經(jing)Tob/OCS凝膠(jiao)(jiao)治療(liao)的(de)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)中有7只(zhi)存活(huo)(huo)，經(jing)PEI/OCS凝膠(jiao)(jiao)治療(liao)的(de)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)中有8只(zhi)存活(huo)(huo)，而經(jing)Tob/PEI/OCS凝膠(jiao)(jiao)治療(liao)的(de)13只(zhi)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)均存活(huo)(huo)。(C)CLP后(hou)(hou)168小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)時(shi)(shi)(7天)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)的(de)臨床評分(fen)。Tob/PEI/OCS凝膠(jiao)(jiao)治療(liao)組(zu)的(de)得分(fen)最低(di)。(D-F)CLP后(hou)(hou)24小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)時(shi)(shi)測(ce)定(ding)血清TNF-α(D)、IL-6(E)和cfDNA(F)水平(每(mei)(mei)組(zu)6只(zhi)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu))。Tob/PEI/OCS凝膠(jiao)(jiao)治療(liao)組(zu)小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)的(de)血清TNF-α和IL-6水平低(di)于(yu)其他治療(liao)組(zu)。
圖(tu)5：Tob/PEI/OCS水(shui)凝膠可預防CLP所致(zhi)腹部創傷(shang)后的多器官衰竭
(A)CLP后24小時(shi)，取心、肝、脾(pi)、肺(fei)、腎(shen)(shen)和(he)(he)結(jie)腸，用HE染色。箭頭(tou)表示器(qi)官損(sun)傷(shang)。(B-D)根據既定標準評估相應的(de)(de)肝臟(zang)(zang)(B)、腎(shen)(shen)臟(zang)(zang)(C)和(he)(he)心臟(zang)(zang)(D)損(sun)傷(shang)分數(shu)。水(shui)凝膠(jiao)治療顯著(zhu)改善了心臟(zang)(zang)、肝臟(zang)(zang)、脾(pi)臟(zang)(zang)、肺(fei)、腎(shen)(shen)臟(zang)(zang)和(he)(he)結(jie)腸的(de)(de)損(sun)傷(shang)，包括(kuo)防止壞(huai)死、組織破壞(huai)和(he)(he)白細胞(bao)浸潤。(E-G)分析血清生化指(zhi)標ALT(E)、CRE(F)、CK(G)。水(shui)凝膠(jiao)逆轉了CLP誘(you)發的(de)(de)小鼠血清丙氨酸(suan)轉氨酶(mei)(ALT)、肌酐(CRE)、肌酸(suan)激(ji)酶(mei)(CK)水(shui)平的(de)(de)升高。
圖(tu)6：嚴重腹部創傷后，Tob/PEI/OCS水凝膠將(jiang)腹腔巨噬細胞從M1極化為M2
(A-C)CLP后24小時腹(fu)腔灌洗(xi)液(ye)中(A)cfDNA、(B)TNF-α和(C)IL-6的(de)腹(fu)膜(mo)水平(ping)。(D-E)在CLP后24小時收集腹(fu)腔巨(ju)噬(shi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)，并通過流式細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)術評估(gu)腹(fu)腔液(ye)中(D)M1和(E)M2巨(ju)噬(shi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)的(de)百分(fen)比。(F-H)RT-PCR分(fen)析(F)TNF-α、(G)iNOS和(H)Arg-1的(de)基因表達。未經治療的(de)CLP誘導的(de)腹(fu)部創(chuang)傷與(yu)腹(fu)腔巨(ju)噬(shi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)中M1極化標記物TNF-α和iNOS的(de)增加以及M2極化標記物Arg-1的(de)減少有關。相比之下，Tob/PEI/OCS凝膠(jiao)治療顯著(zhu)逆轉了模型組的(de)mRNA表達趨(qu)勢。表明Tob/PEI/OCS水凝膠(jiao)通過調節腹(fu)腔巨(ju)噬(shi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)具有抗炎活性。
圖7：水凝膠在CLP誘導的腹部創傷后表現出抗菌活性
(A)菌(jun)(jun)落圖像(xiang)。(B–C)CLP后24小時，不同治(zhi)療(liao)組(zu)小鼠血清和腹(fu)(fu)腔(PC)中的(de)細(xi)菌(jun)(jun)CFU。CLP激(ji)發的(de)小鼠在感染部位(腹(fu)(fu)腔)和全身(血液中)的(de)細(xi)菌(jun)(jun)數量均增加。用Tob/OCS和Tob/PEI/OCS凝(ning)膠(jiao)處理去除或殺死了(le)大多數細(xi)菌(jun)(jun)，證明了(le)含Tob的(de)OCS水凝(ning)膠(jiao)在體內的(de)抗菌(jun)(jun)效果。
【總結】
文章通過(guo)希(xi)夫堿反應合成了由PEI、Tob和 OCS組(zu)成(cheng)的陽(yang)離子(zi)水(shui)凝膠。這種(zhong)陽(yang)離子(zi)水(shui)凝膠清除陰離子(zi)促炎分子(zi)(DAMP和PAMP)和細菌，并提供抗生素，并(bing)在盲腸結扎和穿刺嚴(yan)重腹部創傷小(xiao)鼠(shu)模型中防止多器(qi)官損傷和死(si)亡。單次水凝膠給藥可(ke)獲得100%的(de)存活率(lv)，并(bing)且具有(you)良好的(de)生物降(jiang)解性(xing)和生物安全性(xing)。
