Инъекционный многофункциональный гидрогель для устранения бактериальных биоплёнок и заживления ран

Эффективность лечения ран во многом зависит от исходной гипоксической микросреды и наличия биоплёнок, которые могут существенно снижать эффективность фототерапии. Это указывает на необходимость многофункциональных наноплатформ для комбинированного лечения раневых инфекций. Мы разработали многофункциональный инъекционный гидрогель PSPG: нитропруссид натрия (SNP), чувствительный к фототермическому воздействию, был загружен в модифицированный платиной порфириновый металлоорганический каркас PCN, после чего золотые частицы были модифицированы in situ. Так была создана единая фототерапевтическая наноплатформа, активируемая ближним инфракрасным (БИК) светом. Наноплатформа, модифицированная платиной, обладает выраженной каталазоподобной активностью и способствует непрерывному разложению эндогенной H₂O₂ с образованием O₂, усиливая эффект фотодинамической терапии (ФДТ) в условиях гипоксии. При двойном облучении БИК-светом гидрогель PSPG обеспечивает фототермическое преобразование с эффективностью η = 89,21%, а также образование активных форм кислорода и высвобождение NO. Совместное действие этих факторов способствует удалению биоплёнок и нарушению целостности клеточных мембран метициллин-резистентного золотистого стафилококка (MRSA) и Escherichia coli (E. coli). В экспериментах in vivo бактериальная нагрузка в ранах снизилась на 99,9%. Кроме того, гидрогель PSPG ускоряет заживление ран, инфицированных MRSA и Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), стимулируя ангиогенез и отложение коллагена, а также подавляя воспалительную реакцию. Эксперименты in vitro и in vivo также показали хорошую цитосовместимость гидрогеля PSPG. В целом предложена стратегия уничтожения бактерий за счёт сочетанного газового, фотодинамического и фототермического воздействия, устранения гипоксии в очаге бактериальной инфекции и подавления биоплёнок. Она открывает новые возможности борьбы с устойчивостью к противомикробным препаратам и инфекциями, связанными с биоплёнками.

Значимость исследования: Инъекционная многофункциональная наноплатформа на основе гидрогеля PSPG, активируемая БИК-светом, включает наночастицы золота, модифицированные платиной, и порфириновый металлоорганический каркас PCN с загруженным нитропруссидом натрия (SNP). Она эффективно преобразует световую энергию в тепло (η = 89,21%), вызывая высвобождение NO из SNP, и одновременно непрерывно устраняет гипоксию в очаге бактериальной инфекции за счёт образования кислорода, индуцированного платиной. Сочетание фотодинамической и фототермической терапии обеспечивает эффективное уничтожение бактерий и удаление биоплёнок. Эксперименты in vivo и in vitro показали выраженное действие гидрогеля PSPG против биоплёнок и бактерий, а также его способность регулировать воспалительную реакцию. Предложена стратегия уничтожения бактерий за счёт сочетанного газового, фотодинамического и фототермического воздействия, устранения гипоксии в очаге бактериальной инфекции и подавления биоплёнок.222