Science Advances | 重庆医科大学胡杉杉/陈陶团队研制抗菌免疫调控微针贴片

口腔感染性疾病涉及牙周组织、黏膜和颌骨等多个部位，生物被膜的保护作用使得病原菌很难被药物彻底清除，感染局部的免疫应答也常常陷入中性粒细胞凋亡延迟和巨噬细胞吞噬功能减弱的失衡状态。 重庆医科大学附属口腔医院胡杉杉/陈陶团队 在发表于 Science Advances 的论文（A robust adhesive microneedle for oral infections therapy via synergistic antibacterial and neutrophil-macrophage axis immunomodulation），报道了一种仿生微针贴片PCA@FeCO MN，该贴片通过化学粘附和几何互锁的双重机制实现了口腔湿态环境下的牢固固定，并在近红外光照射下启动了光热-铁死亡-气体治疗的级联反应，同时调节了中性粒细胞的功能和凋亡命运，进而恢复了组织免疫稳态。

针对口腔潮湿动态环境对给药系统粘附力的苛刻要求，研究团队在聚乙烯醇骨架上接枝了富含儿茶酚基团的咖啡酸分子，并引入Fe₃(CO)₁₂形成了可逆的金属配位网络，这种结构赋予了材料在湿润黏膜表面快速吸水、重排和强粘附的能力。力学测试的结果表明PCA@FeCO平面贴片在猪黏膜组织上的剥离强度达到了90.46 J/m²，拉伸粘附强度为30.68 kPa，搭接剪切强度为23.63 kPa，这些数值均显著高于未经改性的PVA材料。研究团队进一步借助三维有限元分析筛选出了30°锥角作为最优微针构型，该设计使贴片在模拟剥离过程中承受了更大的应力，实验测得其剥离强度提升至275.41 J/m²，较平面贴片提高了3倍以上，在活体大鼠口腔内的稳定驻留时间约为4小时。

PCA@FeCO MN在近红外光照射下可将贴片温度稳定控制在约50 °C，该温度触发了Fe₃(CO)₁₂分解释放铁离子和一氧化碳。一氧化碳通过血红蛋白检测法被定量监测，10分钟内累计释放量达到了3.99 μM，铁离子释放也随光照持续增加。体外抗菌实验中该贴片联合光照对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和牙龈卟啉单胞菌的清除效率接近100%，扫描电镜下可见细菌表面塌陷和膜破裂，胞内蛋白质和核酸泄漏显著。研究团队结合全原子分子动力学模拟和转录组测序发现，光热效应协同膜脂氧化使细菌膜的厚度从3.887 nm缩减至3.699 nm，一氧化碳在氧化膜中的扩散系数（684.96 nm²/ns）远高于正常膜（362.83 nm²/ns），同时1452个基因的表达发生了显著变化，铁代谢和能量代谢通路被广泛抑制，电子传递链复合物的活性明显下降。

在免疫调控层面，研究团队分离了小鼠骨髓来源的原代中性粒细胞，发现PCA@FeCO MN联合光照能够在3小时内诱导中性粒细胞产生活性氧暴发，线粒体膜电位也出现明显去极化。随后的功能实验证实，这种氧化刺激反而增强了中性粒细胞对金黄色葡萄球菌的吞噬能力，共聚焦显微镜下可见被吞噬的细菌数量显著增加。到24小时，中性粒细胞的凋亡比例从脂多糖刺激组的30%上升到了64.4%，并且凋亡相关基因Icam3、Pannexin1和Cx3cl1的表达同步上调。当将这些经过处理的中性粒细胞与巨噬细胞共培养后，流式细胞术检测到巨噬细胞对凋亡中性粒细胞的吞噬率从8.69%增至55.3%，同时巨噬细胞的炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α分泌明显下降，抗炎因子IL-10和TGF-β则显著上升。

在动物实验中，研究团队分别构建了大鼠牙周炎模型和口腔感染性溃疡模型，并在比格犬上验证了1 cm×1 cm黏膜缺损的愈合效果。在牙周炎模型中，经过4周的治疗，micro-CT显示PCA@FeCO MN联合光照组的釉牙骨质界到牙槽嵴顶的距离从1142.5 μm缩短至740 μm，骨密度、骨体积分数和骨小梁数量均显著回升。免疫组化染色同时证实该治疗组的中性粒细胞凋亡比例（22.27%）和巨噬细胞吞噬凋亡细胞比例（32.60%）均高于其他对照组，而IL-1β的表达则被有效抑制。在口腔溃疡模型中，治疗8天后创面愈合率达到98.7%，组织学染色显示上皮完全再生且胶原排列有序。比格犬实验中，PCA@FeCO MN联合光照组的愈合率（85.44%）也显著高于商业壳聚糖膜对照组（45.3%），胶原成熟度（I型/III型胶原比例1.93）同样表现出明显优势。各项生物安全性检测（血常规、血生化、主要脏器组织学和溶血实验）均未发现明显异常。

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