罗德岛州普罗维登斯 [布朗大学] —— 布朗大学生物医学工程师开发出一种新型伤口敷料材料，仅在伤口存在有害细菌时释放抗生素药物。在一项新研究中，研究人员表明，该材料有助于快速清除伤口感染，加速愈合，同时减少不必要的抗生素使用——这是导致抗生素耐药性和难以治疗的“超级细菌”感染的主要因素，全球每年有数万人因此丧生。
这种新型材料是一种智能水凝胶，装载有抗生素药物，可直接放置在伤口上并用绷带覆盖。水凝胶对多种有害细菌产生的一种酶敏感。当该酶存在时，水凝胶开始降解，释放内部包裹的抗生素。但当没有有害细菌时，水凝胶保持完整，安全地锁住抗生素药物。
“抗菌素耐药性是一个全球性的重大问题，因此我们需要更好的方法来使用抗生素，”领导该智能水凝胶开发的布朗大学工程学院教授Anita Shukla说。“我们开发了一种材料，仅在有害细菌存在时释放抗生素，从而在不需要时限制抗生素暴露，但在需要时仍能提供这些重要药物。”
该研究发表在《科学进展》上，研究人员对其水凝胶材料进行了测试，表明它对常见伤口感染细菌产生的酶具有高度选择性，并且与目前临床常用的水凝胶敷料相比，可能促进更好的感染清除和伤口愈合。
水凝胶是一种类似果冻的材料，主要由水和长链聚合物分子组成。聚合物通过称为交联剂的较小分子连接在一起，使水凝胶保持完整。对于这种新材料，研究人员使用了一种交联剂，当与β-内酰胺酶接触时会发生降解，这种酶由多种细菌产生。这种降解使水凝胶结构瓦解，释放内部的抗生素药物。
在培养皿实验中，研究人员证实，该材料仅在存在有害的、产生β-内酰胺酶的细菌时才会降解。当仅存在不产生β-内酰胺酶的无害细菌时，材料保持完整，并且长期暴露于水凝胶敷料不会导致抗生素耐药性发展。
研究人员表示，对β-内酰胺酶的这种选择性至关重要。确认β-内酰胺酶特异性意味着抗生素的释放仅发生在有害感染细菌存在时，从而大大减少对健康皮肤微生物群的暴露。
研究还显示，在触发降解之前，材料紧紧锁住其抗生素药物。
“这确实是一种非常稳定的配方，不允许药物泄漏，”Shukla说。“直到有大量β-内酰胺酶产生导致水凝胶降解时，它才真正被锁在里面。”
在一系列小鼠实验中，研究人员表明，单次使用水凝胶即可完全根除擦伤伤口的细菌感染。这种新材料在细菌清除和伤口愈合方面均优于目前常用的抗菌敷料。
综合来看，研究结果表明了一种对抗伤口感染并保护关键抗生素的有前景的新方法。研究表明，全球每年有超过100万人死于对常见抗生素耐药的感染。如果不采取措施减少抗生素过度使用，到2050年，与抗菌素耐药性相关的年死亡人数将接近1000万。
“我们的发现表明，这些对细菌酶响应的智能水凝胶具有提供靶向、按需感染清除的潜力，同时最大限度地减少不必要的抗生素暴露，”研究人员总结道。“通过在产生β-内酰胺酶的细菌存在时释放抗生素，我们的水凝胶系统提供了有效的治疗，同时降低了对抗生素耐药性的敏感性。”
研究团队已为该新材料申请专利，并正在努力推进该技术，以实现未来潜在的商业化。
该研究得到了Ralph and Marian Falk医学研究信托基金的资助。
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