多功能材料氢光热抗菌治疗促进伤口愈合

材料学研究的一个特点是功能多，多功能的优点当然明显，能对多种问题提供解决方案。但这也给材料的应用带来难度，且更难以控制各种不同状况的实际应用。在临床上伤口愈合重点往往不在于抗菌效应，而在于组织自身的愈合能力。从兴趣研究角度，材料学给学术研究提供了最好的条件。

Wang Q, Zhang D, Qi Y, Huang C, Ding D, Liu C. Multifunctional PdH-hydride MOFs for synergistic hydrogen and photothermal antibacterial therapy in accelerated wound healing. Front Pharmacol. 2025 Apr 30;16:1587890.

多功能钯氢化物金属有机框架用于协同氢与光热抗菌治疗促进伤口愈合。《前沿药理学》，第16卷，1587890。  

摘要  

引言：细菌感染日益严重的威胁对公共卫生构成关键挑战，迫切需要创新的抗菌药物和治疗策略。为此，我们开发了一种基于钯氢化物金属有机框架（P(H)ZPAg）的多功能纳米平台，用于协同氢治疗与光热抗菌治疗。  

方法：该纳米平台将钯氢化物（PdH）封装于沸石咪唑酯框架（ZIF-8）内，通过聚多巴胺（PDA）进行表面修饰，并原位生成银纳米颗粒（Ag NPs），以增强抗菌功效。研究对氢释放动力学、光热性能和银介导的杀菌活性进行了全面表征。此外，利用金黄色葡萄球菌感染的大鼠伤口模型，在体内评估了P(H)ZPAg的治疗潜力。  

结果：P(H)ZPAg纳米平台成功结合了氢释放、光热转换和银离子抗菌机制。体外实验表明，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有强效的协同抗菌作用。体内研究显示，与对照组相比，P(H)ZPAg纳米颗粒治疗显著促进了伤口愈合和细菌清除。  

讨论：这些发现凸显了在单一纳米平台中结合氢治疗、光热治疗和银离子释放以显著改善抗菌效果的潜力。本研究为开发多功能纳米疗法提供了一种有前景的策略，为处理局部细菌感染和促进伤口愈合提供了一种新颖有效的方法。

皮肤损伤（包括急性和慢性伤口）是临床实践中广泛存在的重要问题。尤其值得关注的是病原菌引起的创伤性感染，这类感染持续对全球公共卫生构成重大挑战。据估计，全球每年约有1500万人因细菌感染死亡。这些感染可通过诱导慢性炎症（非愈合伤口的特征）严重阻碍伤口愈合过程。数十年来，抗生素一直是治疗细菌感染的基石，但其过度使用和滥用已无意中导致耐药病原体的崛起。这种日益增加的耐药性削弱了现有治疗方案的有效性，进而加剧了细菌感染管理的挑战。因此，开发对抗细菌感染和促进伤口愈合的新策略，同时减少对抗生素的依赖，至关重要。  

近几十年来，人们已致力于开发应对抗生素耐药性的替代治疗策略，包括利用热效应、活性氧（ROS）、金属离子、阳离子和季铵离子等。在这些创新方法中，气体疗法作为一种新颖且有前景的治疗范式，因其相比传统疗法的潜在优势而备受关注。值得注意的是，气体疗法能够规避耐药性的产生，这仍是感染管理中的一个持续性挑战。此外，气体分子作为重要的内源性信号分子，在各种生物过程中发挥关键作用。因此，气体疗法被视为一种环境友好的“绿色”治疗选择，可提供靶向治疗效果，且对健康组织的毒性极小。迄今为止，一氧化氮（NO）、一氧化碳（CO）、硫化氢（H₂S）和氢气（H₂）等几种气体分子已被广泛研究，并显示出对包括多重耐药（MDR）细菌在内的多种菌株有效。特别是氢气，这种具有强还原性的最小气体，被认为具有高度生物相容性和环境友好性。即使在高浓度下，它也表现出卓越的安全性，不会对正常细胞或组织造成损害。此外，活性H₂已被证明可通过调节参与细菌代谢的基因表达，显著增强抗菌和伤口愈合应用。例如，Xue等人合成了钯纳米立方体，并将H₂纳入其晶格中，创建了用于抗菌和伤口愈合治疗的PdH纳米氢化物。更重要的是，H₂分子可破坏细菌膜通透性，从而促进抗菌剂进入细菌细胞，促使细胞内容物泄漏，最终导致细菌死亡。然而，单独应用氢气治疗通常受限于其组织渗透性低、溶解度差和生物利用度不佳。因此，将可控的氢气释放与其他治疗方式结合可产生协同抗菌效应，显著增强整体抗菌性能。  

近红外（NIR）光辅助杀菌策略，如光热疗法（PTT），因其可操作性、安全性和可控性而成为有前景的替代方案。包括金属纳米颗粒、金属有机框架（MOFs）和碳点在内的光转换剂可有效将光转化为热能，用于消灭细菌。这种高热效应会破坏细菌细胞膜，使蛋白质、酶和DNA变性，并诱导细胞死亡。特别是聚多巴胺（PDA）纳米颗粒，因其优异的生物相容性和高效的光热转换特性，最近已被用于抗菌研究。Qi等人（2025年）提出了一种由沸石咪唑酯框架（ZIF-8）和PDA组成的无机-有机杂化系统，该系统利用808 nm近红外诱导的光热效应来增强催化活性，用于治疗细菌感染的压力性溃疡。此外，金属或金属氧化物纳米复合材料已被证明是强大的抗菌剂，对革兰氏阳性和革兰氏阴性微生物均表现出广谱活性。这些复合材料通常释放金属离子，与细菌蛋白质和酶结合相互作用，产生活性氧，对细菌细胞壁和膜造成结构损伤，从而导致膜通透性改变、细胞解体和细菌死亡。因此，将氢气释放与银纳米颗粒（AgNPs）和光热疗法能力相结合，有望协同增强这些疗法的抗菌功效。  

在本研究中，开发了一种基于多功能PdH氢化物MOFs的纳米平台（PdH@ZIF@PDA/Ag纳米颗粒，简称P(H)ZPAg NPs），以整合氢气释放、光热疗法和AgNP治疗，用于治疗与伤口愈合相关的细菌感染（方案1），实现超越传统单一疗法的协同抗菌效果。从机制上讲，释放的氢气被发现会损害细菌细胞膜的通透性，从而促进Ag⁺离子的进入。此外，光热疗法通过产生局部热能来破坏微生物结构并诱导不可逆的细胞损伤，有助于消灭细菌，共同导致抗菌功效显著提高。ZIF-8最初通过简单的共价生长策略用于封装PdH，保留PdH作为氢气释放材料的功能。随后，通过仿贻贝化学将PDA修饰到PdH@ZIF表面。在该系统中，PDA作为具有优异生物相容性和光热稳定性的高效近红外吸收剂，促进光热疗法。此外，通过配位作用力和PDA的邻苯二酚基团原位还原，将AgNPs沉积到PDA表面。所得的P(H)ZPAg NPs具有三个显著特征：（i）PDA的高光热性能，导致有效的光热抗菌治疗；（ii）释放氢气的PdH氢化物MOFs，在近红外激光照射下可按需控制氢气释放；（iii）Ag⁺离子的释放，进一步促进细菌死亡。使用大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）以及带菌小鼠模型，评估了体外抗菌功效和体内伤口消毒。该抗菌系统显示出增强的抗菌活性，为对抗细菌感染提供了一种有前景的策略。