細菌生物膜的致密結構削弱了傳統抗生素治療的效果，尤其是臨床上深層組織的生物膜感染導致治療更加困難。近年來，盡管基于近紅外光（NIR）的光熱療法已顯示出較強的感染創面治療潛力，但NIR光強度在組織中隨著深度逐級衰減，嚴重限制了其在深部細菌生物膜感染中的應用。
圖1 盤形電磁場裝置（Disk-ZVS）和Fe-Se-HA MNs 雙層微針的構建以及用于慢性感染創面的治療示意圖
為克服這一難題，陸軍軍醫大學第一附屬醫院賀登峰博士、劉行謀博士、于云龍研究員和羅高興教授共同研發報道了磁導向的雙層微針貼片Fe-Se-HA MNs，用于慢性感染創面的治療作用研究（圖1）。該研究立足于自行設計的盤形電磁場裝置（Disk-ZVS，圖2），在 Disk-ZVS 產生的電磁場刺激下，磁場和電磁損耗集中在雙層 Fe-Se-HA MNs 的尖端，即尖端發熱。由于磁熱療法的中心位于針尖，而貼片的基底層保持較低的溫度，因此可以精確利用熱量，減輕對傷口區域造成的熱損傷。一旦 Fe-Se-HA MNs作用于傷口，針尖便會刺透生物膜，在交變磁場作用下產生熱量，發揮清除細菌生物膜的作用。
圖2 電磁裝置Disk-ZVS產生的磁場與Fe-Se-HA MN相互作用的有限元模擬
該磁熱響應雙層微針（Fe-Se-HA MNs）由功能化透明質酸（HA）、氧化鐵（Fe3O4）和膠束保護的硒納米顆粒（SeNPs@LAS）組成，其制備示意圖、形貌、力學性能、元素組成及熒光染色表征如圖3所示，證明了該雙層微針的成功制備。
圖3 Fe-Se-HA MNs 的制備和基本表征示意圖
與近紅外光相比，磁場可自由穿透皮膚和其他人體器官，且無強度衰減。本研究中結合微針（MN）貼片這種有序陣列組成的獨特結構，可有效穿刺傷口硬痂，深入細菌生物膜，實現微創給藥及增強藥物滲透，最終抑制創面處金黃色葡萄球菌生物膜感染。同時，Disk-ZVS特殊線圈結構的設計不僅可以用來增加磁場強度，還有效解決了應用過程中的空間限制問題，相比于普通的螺線管線圈更適合用于體型更大的動物模型治療，為磁治療方案設計提供了一種新思路（圖4）。
圖4 電磁裝置Disk-ZVS產生磁場的拓展應用及磁激發條件下Fe-Se-HA MN體外抗生物膜實驗
通過Disk-ZVS產生的電磁場以及制備得到的雙層微針Fe-Se-HA MNs能夠殺死深層細菌生物膜，同時微針降解釋放出的SeNPs@LAS能夠清除慢性創面部位的活性氧，并且能夠促進巨噬細胞從M1表型向M2表型轉化。另外，釋放出的Se和Fe元素促進了上皮化和組織微血管的形成，促進了糖尿病創面的快速修復（圖5）。因此，借助于特殊設計的電磁系統Disk-ZVS和Fe-Se-HA MNs 雙層微針可以有效向皮下基底層遞送磁熱響應納米粒子，并通過遠程磁響應方式產生尖端集中熱量殺死細菌生物膜。該系統實現了磁熱殺菌、深層無創組織穿透、抗炎和促進血管生成等多種功能一體化，具有廣闊的應用前景。本項目的相關研究還在繼續進行中。
圖5 糖尿病創面感染模型的建立以及磁激發條件下Fe-Se-HA MNs進行磁誘導熱療的示意圖
以上結果以“Magnetic Field‐Directed Deep Thermal Therapy via Double‐Layered Microneedle Patch for Promoting Tissue Regeneration in Infected Diabetic Skin Wounds ”為題發表于《Advanced Functional Materials》上。該論文通訊作者為陸軍軍醫大學第一附屬醫院羅高興教授，于云龍研究員和劉興謀博士后。第一作者為陸軍軍醫大學第一附屬醫院賀登峰博士后。
文章來源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202306357
