2.1   硅藻壳的提取与表征结果   场发射扫描电镜显示(图1)，合成介孔二氧化硅呈球体状，粒径分布均匀，在200 nm左右；所获得的硅藻壳干净无杂质，结构完整，壳表面有排列规律且清晰的孔隙。菱形藻壳呈轴对称形态，长、宽、高分别在11.4，3.3，0.8 μm左右，由2个扁平的菱形壳面组成，通过边缘的连接结构紧密贴合在一起，壳表面分布有细小的圆形、椭圆形或不规则的孔道，表面较为光滑。直链藻壳呈中心对称的圆柱形，直径、高度分别在在4.0，5.4 μm左右，由上下2个柱形壳面通过边缘连接结构紧密贴合而成，壳表面有大小不一排布密集的孔道，壳面粗糙，两壳之间通过锯齿状结构嵌合。双眉藻壳呈轴对称形态，长、宽、高分别在9.4，4.3，2.4 μm左右，由两片唇形藻壳通过环状连接带连接而成，有一条明显的壳缝，表面高低错落，具有大量大小不一的孔道。不同硅藻壳具有不同的壳状结构，展示出了天然硅藻壳精致的微纳米结构。以上结果证明，通过高温烧结法纯化硅藻壳的过程简单，可得到孔隙清晰且结构较为完整的硅藻壳，有望用于后续药物递送。




2.2   硅藻壳体外生物相容性评估结果   CCK-8检测结果显示，对于人脐静脉内皮细胞，合成介孔二氧化硅与双眉藻壳质量浓度为3.125-200 μg/mL时均无明显的细胞毒性；菱形藻壳与直链藻壳质量浓度在3.125-25 μg/mL时均无明显的细胞毒性，当质量浓度≥50 μg/mL时可抑制细胞活性，见图2。当质量浓度为25 μg/mL时，合成介孔二氧化硅与3种硅藻壳均无明显的细胞毒性，用于后续实验。
CCK-8检测结果显示，对于L929细胞，25 μg/mL的合成介孔二氧化硅与3种硅藻壳均无明显细胞毒性，见图3。
人脐静脉内皮细胞活死染色结果显示，5组均可见大量的活性细胞，较少见死细胞，5组细胞存活率比较无明显差异，见图4。












2.3   硅藻壳体外药物装载与释放研究结果   合成介孔二氧化硅与硅藻壳负载莫匹罗星的载药量及包封率，如图5A，B所示。合成介孔二氧化硅的载药量和包封率分别为(19±5)%和(65±5)%；菱形藻壳、直链藻壳、双眉藻壳的载药量分别为(19±5)%，(25±5)%，(22±5)%，包封率分别为(56±5)%，(65±5)%，(60±5)%。相比之下，直链藻壳有着更高的载药量和包封率，因此选择直链藻壳作为后续实验的药物载体。
合成介孔二氧化硅与硅藻壳负载莫匹罗星的药物累计释放量及释放率，见图5C，D。在最初的12 h内，药物突释，累计释放量为0.89-1.27 mg，累计释放率为20%-25%；在12 h之后至第7天，进入缓慢释放阶段，累计释放量为1.80-2.48 mg，累计释放率达到45%-50%。累计7 d的释放行为显示，相较于其他组分，莫匹罗星在直链藻壳中有着更高的累计释放量及释放率。
直链藻壳的吸附脱附溶解曲线见图6A，孔径体积见图6B。直链藻壳的BET表面积为1.986 5 m2/g，微孔体积为0.000 818 cm3/g，微孔面积为0.997 8 m2/g，平均孔径2.546 8 nm。热重分析显示，在高温加热到800 ℃的过程中，直链藻壳整体质量下降小于0.1%，这归因于部分水汽蒸发，可忽略，载药直链藻壳整体质量损失为18.93%，见图6C，与上文中直链藻壳载药量相近，进一步验证了其高效的载药性能。
红外光谱分析显示，载药直链藻壳新增的红外特征峰与单独的硅藻壳及莫匹罗星相对应，在1 095 cm?1强而宽的吸收带对应于直链藻壳的Si-O-Si反对称伸缩振动峰，在798，466 cm?1处的峰对应于直链藻壳的 Si-O键对称伸缩振动峰，在1 712 cm?1处显示特征带对应于莫匹罗星的C=O拉伸，在2 859和2 929 cm?1处对应于莫匹罗星的C-H变形，在1 150 cm?1处对应于莫匹罗星的C-O-C拉伸振动，在1 052 cm?1处对应于莫匹罗星的C-C骨架，表明药物成功载入硅藻壳中，见图6D。在去离子水介质下，莫匹罗星表现出正电性，而直链藻壳表现出较大的负电性，并且直链藻壳在吸附莫匹罗星后电负性有所增加，见图6E。由此可以推断，药物除了被介孔结构束缚之外，还通过静电吸附的方式负载于硅藻壳上。








2.4   载药硅藻壳体外抗菌实验结果   抑菌圈实验显示，在满涂布金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的LB板中，载药直链藻壳组抑菌效果显著，直链藻壳组几乎没有抑菌效果，见图7A；定量分析结果显示，载药直链硅藻壳组对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈面积分别为990，580 mm2，见图7B，对金黄色葡萄球菌的抑菌效果更为突出。
为了评估硅藻壳释放药物后的长效抗菌活性，对直链藻壳每次释放的含莫匹罗星上清液进行体外抑菌研究，结果如图7C，D所示。与空白组相比，各时间点取得的上清组菌落数量显著减少，并且在第7天仍展现出不错的抗菌活性。定量分析结果显示，不同时间点取得的上清均有着超过90%的抑菌率，直链藻壳释放药物1周后仍展现出长效的抗菌活性。以上结果表明，硅藻壳作为一种天然多孔材料具有优异的药物负载和释放性能，特别适用于长效抗菌药物递送系统。




2.5   载药硅藻壳体内感染创面分析   
2.5.1   实验动物数量分析   12只大鼠全部进入结果分析。   
2.5.2   体内抗菌效应   建立感染模型的方案和整个治疗过程示意图，见图8A。干预后第6小时，空白组创面渗出液中有约3 500个菌落，直链藻壳组创面渗出液中菌落数量约为1 700个，莫匹罗星组和载药直链藻壳组创面渗出液中的菌落数量分别约为700个和900个；干预后第24小时，空白组、直链藻壳组和莫匹罗星组创面渗出液中菌落数量分别约为4 000，2 000，900个，载药直链藻壳组创面渗出液中菌落数量显著减少，仅有约100个，见图8B，C。结果证明载药直链藻壳在24 h内持续释放莫匹罗星抑制细菌繁殖，这与前面的药物释放体外抗菌结果一致，说明天然多孔硅藻壳的优异药物负载和释放性能适用于长效抗菌药物递送系统。



2.5.3   创面愈合宏观评估   干预后第1天，4组创面均可见脓肿和明显的淡黄的细菌膜，在后续的创面愈合过程中，空白组可见严重的溃疡和大面积结痂，相较于空白组，莫匹罗星组、直链藻壳组和载药直链藻壳组表现出更好的恢复情况，在创面区域出现了轻微溃疡，并且载药直链藻壳组在干预后第9天展现出更好的创面愈合和最小的创面面积，见图9A。图9B展示了干预后第0-9天各组创面愈合过程的示意图。定量分析结果显示，干预后第3天，4组创面愈合率比较差异无显著性意义(P > 0.05)；干预后第5-9天，载药直链藻壳组的创面愈合率显著高于其他3组，并且干预第9天的创面愈合率已超过95%，见图9C。结果表明，载药直链藻壳通过高效负载及长效释放莫匹罗星显著抑制了创面的细菌增殖，明显改善了感染创面的愈合。 



2.5.4   创面组织形态学观察   苏木精-伊红染色结果显示，空白组和直链藻壳组大鼠创面组织中仍能检测到炎性递质分布，并且创面长度较长；莫匹罗星组和载药直链藻壳组大鼠创面组织中炎性细胞分布明显减少，创面长度显著缩短，见图10A。Masson染色结果显示，与空白组相比，莫匹罗星组、直链藻壳组和载药直链藻壳组大鼠创面组织中胶原纤维含量明显增加，见图10B。苏木精-伊红染色定量分析结果显示，相较于空白组、直链藻壳组，莫匹罗星组和载药直链藻壳组创面长度显著减小，见图10C。Masson染色定量分析结果显示，相较于空白组、直链藻壳组，莫匹罗星组和载药直链藻壳组胶原容积分数显著增加，见图10D。

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创伤后细菌侵入伤口并繁殖，导致炎症反应加剧，引发创面感染，影响创面愈合过程[1-2]。金黄色葡萄球菌因较强的毒力因子和耐药性而成为创面感染中最常见的病原体之一[3-4]。随着抗生素滥用现象日益严重，细菌对抗生素产生抗性，进一步加剧了临床治疗的复杂性和挑战性[5]，为了达到控制感染、促进创面愈合的目的，采用新型生物医学材料和技术、合理使用抗生素显得尤为重要。尽管合成介孔二氧化硅已被广泛应用于药物递送领域，然而在合成过程中需要使用有毒化学物质且制备过程相对复杂，增加了生产成本和工艺难度[6]。
硅藻是一种单细胞藻类，被包裹在由透明生物(或蛋白石)二氧化硅组成的硅藻壳中，这种硅藻壳具有复杂而惊人的规则图案[7]。在过去的30年里，硅藻壳已被证明是合成二氧化硅的有价值替代品，满足了实现药物传递载体、生物传感支撑和光子晶体的许多制药要求，具有优异的生物相容性、高表面积、低成本和易于表面修饰等特性，是开发具有成本效益药物输送系统的最具潜力的天然材料[8-11]。硅藻壳的主要成分是二氧化硅，具有独特的多孔结构和较大的比表面积，是天然的多孔二氧化硅材料，在提高药物疗效、降低毒副作用及实现个性化治疗等方面具有广阔的应用前景。
此次研究利用硅藻壳这一天然多孔二氧化硅材料作为新型载体用于药物递送，通过高效装载并长效释放莫匹罗星治疗感染创面。首先，硅藻壳的多孔结构允许负载大量药物分子，药物分子可以有效地负载在包括孔道在内的硅藻内外表面[12]，这种高载药能力提高了药物的利用率。其次，由于硅藻壳材料本身具有良好的生物相容性和较低的细胞毒性，能够安全地用于体内给药[13]，减少了对机体的不良反应。更重要的是，硅藻壳具备长效释放药物的特性、较大的比表面积、更加宽泛的孔径分布[14]，为不同大小的药物分子提供了更多的选择性吸附机会，在药物释放时，药物分子在大小不同孔径中可以通过扩散作用以不同的速率释放出来[15]，同时孔道的形状也会影响药物分子的滞留时间，从而实现长效释放效果。 
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

1.1    设计   材料制备、体外细胞实验、体外抗菌实验、动物体内实验。
1.2   时间及地点   实验于2024年7-10月在国科温州研究院完成。
1.3   材料
1.3.1   实验动物   SPF级雄性SD大鼠12只，9周龄，体质量(200±20) g，购于浙江维通利华实验动物技术有限公司桐乡分公司，许可证号：SCXK(浙)2020-0002。饲养于国科温州研究院实验动物中心，许可证号：SYXK(浙)2021-0040，常规饲养1周使大鼠适应环境，环境温度为(22±2) ℃、湿度为40%-60%，12h光/暗循环，自由进食水。实验已通过国科温州研究院动物实验伦理委员会批准(批准号：WIUCAS24080901)。
1.3.2   主要材料及试剂   金黄色葡萄球菌(S.aureus)、大肠杆菌(E.coli)(上海北诺生物科技有限公司)；人脐静脉内皮细胞(上海安为生物科技有限公司)；小鼠成纤维细胞L929、L929细胞专用培养基(武汉普诺赛生命科技有限公司)；内皮细胞培养基(Sciencell)；莫匹罗星(上海麦克林生化科技股份有限公司)；菱形藻、直链藻及双眉藻(中国科学院淡水藻种库)；合成介孔二氧化硅(昆山华侨科技新材料有限公司)；CCK-8、活死染色试剂盒[翌圣生物科技(上海)股份有限公司]；CSI培养基浓缩液(上海光语生物科技有限公司)；振荡培养箱(上海知楚仪器有限公司)；马弗炉(合肥科晶材料技术有限公司)；荧光显微镜(卡尔蔡司)；全波长微孔读扳机(赛默飞世尔科技公司)；场发射扫描电镜(日立)；酶标仪(安捷伦科技有限公司)，表面特性分析仪[麦克默瑞提克(上海)仪器有限公司]；热重分析仪(PerkinElmer股份有限公司)；红外光谱仪(德国布鲁克)；纳米粒度仪(英国Malvern)；菌落计数器(中国伊昆特)。
1.4   实验方法   
1.4.1   硅藻培养   取无菌的CSI培养基浓缩液添加到灭菌好的超纯水中，定容至1 L，储存至4 ℃冰箱备用。将硅藻(菱形藻、直链藻及双眉藻)母液接种于新鲜的CSI培养基中，置于振荡培养箱中(100 r/min)，温度25 ℃，光照周期为12 h昼/12 h夜，光照条件
1 000-2 000 Lux，两三周硅藻生长达到对数生长期，生长状态最好，可用于接种或提取硅藻壳。
1.4.2   细菌培养   金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)使用琼脂培养板或LB肉汤在37 ℃恒温培养箱中培养。琼脂培养板制备：称取20 g营养琼脂加入1 000 mL去离子水中，加热煮沸溶解，121 ℃高压灭菌，倒入直径为10 cm的培养皿(已灭菌)中，室温放置30 min等待琼脂冷却凝固，将培养皿倒置并用封口膜封口，置于4 ℃冰箱备用。LB肉汤制备：称取25 g肉汤干粉溶于1 000 mL去离子水中，加热使其溶解，高温121 ℃灭菌，置于4 ℃冰箱备用。
1.4.3   细胞培养   在培养瓶中，分别使用内皮细胞培养基和L929细胞专用培养基培养人脐静脉内皮细胞和L929细胞，置于37 ℃、体积分数5%CO2培养箱中。当细胞融合达90%时去除培养基，使用PBS冲洗细胞，胰酶消化细胞，当细胞间缝隙变大并稍有脱落时收集细胞，1 000 r/min离心5 min后弃上清，加入新的细胞培养基，充分混匀后按照一定传代比例接入细胞瓶中，置于培养箱中继续培养。后续实验选择10代以内的细胞。
1.4.4   硅藻壳的提取与表征   取硅藻(菱形藻、直链藻及双眉藻)母液，500×g离心10 min后去除上清液，收集硅藻，加入超纯水清洗；500×g离心5 min后去除上清液，重复3-5次，最终获得所需的硅藻浓缩液。采用高温烧结法提取硅藻壳。将硅藻浓缩液放入马弗炉中，600 ℃烧结2 h得到硅藻壳，室温保存。利用场发射扫描电镜表征合成介孔二氧化硅与3种硅藻壳的结构。利用表面特性分析仪测定直链藻壳的等温吸脱附曲线、表面积、微孔体积、微孔面积与孔径。
1.4.5   硅藻壳的细胞毒性评估   CCK-8实验：将人脐静脉内皮细胞接种至96孔板，细胞密度为5×103/孔，置于37 ℃、体积分数5%CO2条件下培养，12 h后换液，分别加入100 μL含不同质量浓度(200，100，50，25，12.5，6.25，3.125 μg/mL)合成介孔二氧化硅、菱形藻壳、直链藻壳、双眉藻壳的内皮细胞培养基。将L929细胞接种至96孔板，细胞密度为5×103/孔，置于37 ℃、体积分数5%CO2条件下培养，12 h后换液，分别加入100 μL含25 μg/mL合成介孔二氧化硅、菱形藻壳、直链藻壳、双眉藻壳的L929细胞专用培养基。培养24 h后洗涤细胞，加入含有CCK-8的新鲜培养基于37 ℃孵育1 h，将培养基转移到新的96孔板中，使用酶标仪在450 nm波长处测定吸光度值，计算细胞活性。对照孔不加入任何材料，空白孔仅加入培养基(不含细胞与材料)。细胞活性(%)=(实验孔吸光度值-空白孔吸光度值)/(对照孔吸光度值-空白孔吸光度值)×100%。
细胞活死染色：将人脐静脉内皮细胞接种至96孔板，置于37 ℃、体积分数5%CO2条件下培养，12 h后换液，分别加入含25 μg/mL合成介孔二氧化硅、菱形藻壳、直链藻壳、双眉藻壳的内皮细胞培养基，以未加入材料的孔为对照。继续培养24 h后用PBS洗涤细胞，加入100 μL Calcein-AM/PI检测工作液于37 ℃避光孵育30 min，在荧光显微镜下观察并拍照，采用Image J软件对荧光强度进行定量分析。细胞存活率(%)=活细胞荧光强度/(活细胞荧光强度+死细胞荧光强度)。
1.4.6   硅藻壳体外药物装载   将提取的硅藻壳用去离子水充分润湿并洗涤3次，以促进孔的有效润湿并改善孔内的药物包封，-40 ℃冷冻24 h。称取药物莫匹罗星7.5 mg溶于1 mL去离子水中，超声(100 W)处理1 h使莫匹罗星充分溶解，以获得均一的溶液。称取合成介孔二氧化硅与不同种硅藻壳各20 mg，分别浸泡于莫匹罗星溶液中，置于摇床(120 r/min)中。24 h后收集样品，500×g离心5 min后保留上清(用于载药量与包封率检测)，将沉淀于65 ℃干燥24 h，得到载莫匹罗星的硅藻壳或介孔二氧化硅。利用红外光谱仪测定直链藻壳、莫匹罗星与载莫匹罗星直链藻壳的红外光谱。利用纳米粒度仪测定直链藻壳、莫匹罗星与载莫匹罗星直链藻壳的Zeta电势。称取载莫匹罗星直链藻壳7.5 mg，利用热重分析仪测定加热到800 ℃过程中材料质量下降情况。
用全波长微孔读板机在250 nm波长下测定上清液的吸光度值，根据校准曲线测定药物含量，投入药物的质量减掉上清中的药物含量即为负载于载体内的药量。载药量(%)=负载于载体内的药量/载体质量×100%，包封率=吸附于载体内的药物质量/投入药物的总质量×100%。
1.4.7   硅藻壳装载药物的体外释放   将载莫匹罗星的硅藻壳或介孔二氧化硅分别加入1 mL去离子水中，放入摇床中(120 r/min)，控制温度为(37.0±0.5) ℃。在不同时间点(1 h，3 h，6 h，12 h，1 d，3 d，5 d，7 d)取1 mL去离子水，500×g离心5 min后取上清，向沉淀中补充新鲜的1 mL去离子水，以保持在恒定的体积中继续释放，再次放到摇床中。将收集的上清液取等量加入紫外可透微孔板中，用全波长微孔读板机在250 nm波长下测定吸光度值，根据校准曲线测定药物浓度。
1.4.8   硅藻壳装载药物的体外抗菌活性   将直链藻壳、载莫匹罗星直链藻壳分别重悬于无菌水中，质量浓度为2 mg/mL，均匀滴加到灭菌好的8 mm滤纸片上，每片10 μL(即总量为20 μg硅藻壳或载药硅藻壳)，室温放置，干燥后使用。金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别涂板，使LB板满涂布，菌液浓度均为1×108 CFU/mL，将制备的滤纸片放置在满涂布的LB板上，37 ℃培养24 h，测量抑菌圈半径，计算抑菌圈面积。
为了评估载莫匹罗星直链藻壳长时间释放药物的抗菌活性，将体外释放实验中每次收集到的上清液进行体外抑菌研究。取200 μL金黄色葡萄球菌(S.aureus)菌液(1×106 CFU/mL)与200 μL上清液混合于EP管中，取200 μL金黄色葡萄球菌与200 μL PBS混合于EP管中(空白组)，在37 ℃摇床(120 r/min)中孵育30 min。孵育结束后，将样品稀释1 000倍后涂板，观察菌落生长情况，计算抑菌率。抑菌率=(空白组菌落数-实验组菌落数)/空白组菌落数×100%。
1.4.9   载莫匹罗星直链藻壳治疗感染创面
大鼠感染创面模型的建立与分组干预：吸入异氟烷麻醉SD大鼠，异氟烷诱导浓度为3%-5%，维持浓度为1.5%-3.0%，使用打孔器在每只大鼠背部制作2个圆形全厚皮肤创面(左右侧各1个，直径1.0 cm)，向创面滴加金黄色葡萄球菌悬液20 μL，菌液浓度1×107 CFU/mL。感染24 h(第0天)后，采用随机数字表法将大鼠随机分为4组，空白组(n=3)创面不进行任何干预，莫匹罗星组(n=3)创面滴加100 μL莫匹罗星溶液(2 mg/mL)，直链藻壳组(n=3)创面滴加100 μL直链藻壳溶液(10 mg/mL)，载药直链藻壳组(n=3)创面滴加100 μL载莫匹罗星直链藻壳溶液(10 mg/mL)，均用3M透明敷贴包裹场面，防止液体渗出。 
体内抗菌效应：干预后第6，24小时，使用无菌棉签收集创面渗出液，置于 2 mL 生理盐水中，稀释1 000倍进行平板涂布，于37 ℃孵育18 h，用菌落计数器计数每个琼脂平板上的细菌数量。
创面愈合宏观评估：干预后第1，3，5，7，9天，用数码相机观察和捕捉创面愈合图片，使用Image J软件计算创面愈合面积。创面愈合率=(第0天创面面积-某一天创面面积)/第0天创面面积。
创面组织形态学观察：干预后第 9天，麻醉后处死大鼠获取创面边缘组织，固定于40 g/L多聚甲醛溶液中，石蜡切片，切片厚度为5 μm，进行苏木精-伊红染色和Masson染色，采用Image J软件分析创面长度与胶原容积分数。
1.5   主要观察指标   硅藻壳的毒性、药物装载与释放性能，载药硅藻壳的抗菌作用及在感染性创面中的应用效果。
1.6   统计学分析   使用 GraphPad Prism 9 软件进行统计学分析及相关图片的绘制。来自3个单独实验的数据表示为x±s，采用方差分析(ANOVA)进行分析，然后进行Tukey检验，P < 0.05认为差异有显著性意义。文章统计学方法已通过国科温州研究院统计学专家审核。

用于创面给药的最常用纳米材料有聚合物纳米材料、脂质体纳米材料和细胞外囊泡，一些无机纳米材料也被用作创面愈合的药物递送载体[16-18]。当涉及到向创面输送药物时，在设计治疗药物输送系统时应考虑几个重要因素：首先，创面床血管功能障碍会降低治疗药物的生物利用度[19]；其次，创面环境复杂，存在许多恶化因子(促炎因子、活性氧、蛋白酶等)可使给药药物失活[20-22]；此外，治疗药物应在可控的情况下释放，避免引发不良反应，药物在递送过程中的稳定性同样影响着治疗效果[23]。
如前言所说，尽管合成介孔二氧化硅在药物递送方面已广泛应用，但仍无法避免使用有毒化学物质合成，并且制作过程相对复杂[24]。通过简单的高温烧结法，控制烧结过程中的温度和时间即可制备得到硅藻壳，制作工艺简单，显著降低了制备的复杂性和技术要求，并且保持了其天然微纳米结构。硅藻壳具有良好的生物相容性，不易引起免疫反应或毒性[25]。通过CCK-8法及Calcein-AM/PI染色法对硅藻壳的细胞毒性进行验证，在25 μg/mL质量浓度下，硅藻壳对人脐静脉内皮细胞几乎不产生毒性，这使得它们在体内应用时更为安全，减少了潜在的不良反应。一些体内降解研究表明，硅藻壳可以在特定时间内逐渐降解释放出药物，最终被机体代谢或排出体外[26-28]。
在硅藻壳负载莫匹罗星实验中，直链藻壳与合成介孔二氧化硅相比有更优的载药量及包封率，这可能归因于直链藻壳复杂的三维多孔结构和更为宽泛的孔径分布[29-30]，这种结构可以提供更大的内表面积和更多的吸附位点，比合成介孔二氧化硅更有利于药物的吸附和储存。与其他硅藻壳相比，直链藻具有规则且均匀的圆柱形或管状结构，这种结构有助于提供一个相对稳定的内部空间用于装载药物分子，同时有利于控制药物的释放速率。载药系统更高的载药量和包封率提高了药物利用率，可以在创面治疗部位实现更高的局部药物浓度，从而提高治疗效果。以莫匹罗星为模型测定硅藻壳的药物释放实验中，硅藻壳的释放动力学主要可以描述为2个阶段：初始突释，缓慢释放。此次研究结果显示，释放的第一阶段(12 h)可以描述为一个快速的爆发，这归因于硅藻表面物理吸附的药物分子的释放[27，31]，由于药物与硅藻壳之间较弱的相互作用致使药物迅速释放，主要分布在硅藻壳外层或近表面区域及较大孔径中的药物，在初始阶段也可能导致这种快速释放行为；而12 h之后的释放行为则表现为一个长时间的释放，包裹在载体内部的药物，在37 ℃摇床(120 r/min)振荡作用下被包裹的药物缓慢释放出来，另外，硅藻壳更加宽泛的孔径分布也为不同大小的药物分子提供了更多的选择性吸附机会，在药物释放时，多孔结构中的药物分子可以通过扩散作用缓慢释放出来，从而实现长效释放效果。
莫匹罗星通过特异性地抑制细菌的异亮氨酸转运RNA合成酶来阻止蛋白质合成，进而抑制金黄色葡萄球菌的生长和繁殖[32-33]。通过释放药物体外抗菌实验评估了硅藻壳释放药物后的长效抗菌活性，结果显示载药直链藻壳释放药物的1周内仍有着超过90%的抑菌率，展现出长效抗菌活性。硅藻壳的多孔结构可以保护药物免受外界环境的影响，有利于提高药物的稳定性，减少药物的变质和失效。
体内感染创面实验结果显示，在处理创面后的6 h，直链藻壳组表面菌落数量有所减少，这可能归因于硅藻壳的复杂多孔结构形成了一个物理屏障[34]，细菌难以穿透这些孔隙进入内部，从而减少了细菌的生长和繁殖，同时硅藻壳表面的硅烷基可以与细菌细胞膜发生非特异性吸附，影响细胞膜的通透性，导致细菌失活[35]；对于莫匹罗星组和载药直链藻壳组，大量释放出的莫匹罗星与局部感染的皮肤直接接触，通过抑制细菌异亮氨酸转运RNA合成酶阻止异亮氨酰转运RNA的生成，从而抑制细菌蛋白质的合成，达到抗菌效果。创面处理24 h后，创面渗出液中含有丰富的蛋白质、糖类和微量元素，并且创面表面湿润，温度接近体温，引发细菌繁殖，菌落数量增加，而在载药直链藻壳组菌落数量却显著减少，证明硅藻壳在24 h内持续释放莫匹罗星抑制了细菌繁殖，这正与前面的释放药物体外抗菌结果一致。同时，载药直链藻壳组相较于其他3组呈现出更高的创面愈合率，创面面积显著减小，显示出更好的治疗效果。病理组学分析显示，莫匹罗星组和载药直链藻壳组有更短的创面长度、更多的胶原沉积，减少炎症期创面巨噬细胞的浸润，阻止促炎细胞因子的分泌，这可能有助于缩短炎症阶段并有效促进创面愈合。
综上所述，天然多孔硅藻壳的优异药物负载和释放性能适用于长效抗菌药物递送系统，在感染创面的治疗过程中，硅藻壳对抗生素的高效负载及长效释放提高了药物利用率、延长了药物作用时间、降低了耐药性风险，这些特性使得硅藻壳在创面感染治疗和其他长效药物递送应用中展现出巨大的潜力。在临床转化方面，或可根据不同的感染类型和严重程度选择不同尺寸、形状和表面修饰的硅藻壳，以实现个性化的治疗策略。
硅藻壳的药物释放速率受多种因素影响，如孔径大小、表面性质、药物分子的性质等，在实际应用中很难精确控制药物的释放速率，可能导致药物过早或过晚释放、局部药物浓度过高或过低，也会影响治疗效果；同时，若在临床使用，尽管许多研究表明硅藻壳具有良好的生物相容性，但长期使用后是否会引起免疫反应或其他不良反应仍需进一步研究，特别是考虑到个体差异、感染类型多样性等因素的影响。通过表面修饰、温度响应、酶响应等智能响应性机制，或可实现药物的靶向递送和精确释放[36-38]，提高治疗效果，未来的研究将进一步优化硅藻壳的功能化策略，推动它在药物递送领域的广泛应用。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

鉴于临床治疗感染创面的需求以及抗生素过度使用的难题，此次研究利用优选的天然多孔硅藻壳材料，实现了对莫匹罗星等抗生素的高效装载与创面局部的长效缓释，从而提供了一种安全有效的感染创面治疗方法。此次研究的亮点包括：①天然来源与良好生物相容性：硅藻壳作为一种天然生物材料，不仅具备优异的生物相容性，而且广泛的存在和低廉的成本使得它成为理想的药物载体。②稳定的化学组成与精妙的微观结构：硅藻壳具有稳定的化学组成和独特的微观多级孔结构，这种特性极大地促进了药物分子的高效装载及持续释放，提高了治疗效果。③局部给药策略：通过将载药硅藻壳直接应用于创面，能够实现局部精准给药，减少全身用药的剂量和频率，从而降低药物不良反应和耐药性的风险，为感染创面的治疗提供了新的思路。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料；口腔生物材料；纳米材料；缓释材料；材料相容性；组织工程

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