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  由炎癥和感染性開(kāi)放性骨折引發(fā)的感染性骨缺損難以愈合，其中金黃色葡萄球菌所致感染最為常見(jiàn)。骨組織雖能再生，但感染會(huì)限制其修復(fù)。臨床常用的清創(chuàng)和長(zhǎng)期抗生素治療，存在藥物毒性和細(xì)菌耐藥性問(wèn)題。近年來(lái)，光動(dòng)力、聲動(dòng)力和化學(xué)動(dòng)力療法等刺激誘發(fā)途徑被用于感染性骨缺損治療，它們靠產(chǎn)生活性氧殺菌，前景良好，卻受能量穿透深度、組織內(nèi)氧氣和過(guò)氧化氫含量及反應(yīng)條件等限制，無(wú)法適應(yīng)所有環(huán)境。硫酸根自由基因強(qiáng)氧化能力受關(guān)注，可通過(guò)激活過(guò)硫酸鹽產(chǎn)生相關(guān)活性氧，且不受外部能量和氧氣等限制，相比常見(jiàn)活性氧試劑更具優(yōu)勢(shì)。過(guò)渡金屬離子可催化其生成，其中Fe²⁺活性高、生物相容性好。此前過(guò)硫酸鹽納米材料在該領(lǐng)域研究較少，將其與骨植入支架結(jié)合，有望控制活性氧局部作用、降低全身毒性。

  在本項(xiàng)研究中，研究人員設(shè)計(jì)了由Na₂S₂O₈修飾且被Fe²⁺激活的聚醚醚酮（PEEK）植入物（SP-PFe）用于感染性骨缺損的治療。該植入物通過(guò)獨(dú)特的作用機(jī)制實(shí)現(xiàn)高效殺菌和促進(jìn)骨整合，主要是利用在感染微環(huán)境中，包裹Na₂S₂O₈的PLGA降解，使得Na₂S₂O₈和Fe²⁺發(fā)生反應(yīng)，生成具有強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基（·SO₄^?）和羥基自由基（·OH），這些自由基能夠引發(fā)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，破壞細(xì)菌的抗氧化系統(tǒng)，同時(shí)釋放的Fe²⁺進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，通過(guò)脂質(zhì)過(guò)氧化作用觸發(fā)類似鐵死亡的過(guò)程，從而有效殺滅細(xì)菌。此外，感染消除后產(chǎn)生的高濃度硫酸根（SO₄^2?）能夠吸引鈣離子（Ca²⁺），激活鈣信號(hào)通路，促進(jìn)局部骨生成。該植入物在體外實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌等常見(jiàn)致病菌具有顯著的殺傷效果，且能夠有效清除生物膜。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)構(gòu)建感染性骨缺損的大鼠模型發(fā)現(xiàn)，SP- PFe植入物不僅能夠高效殺滅細(xì)菌，減少炎癥反應(yīng)，還能顯著促進(jìn)新骨的形成和成熟，增強(qiáng)骨-植入物的結(jié)合強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)良好的骨整合效果�？傮w而言，該研究為感染性骨缺損的治療提供了一種全新的、有效的策略。

圖1. SP - PFe植入物的制備流程及作用機(jī)制示意圖。

圖2. SP-PFe植入物的結(jié)構(gòu)表征。

圖3. SP-PFe植入物的體外抗菌效果。

圖4. SP-PFe植入物的抗菌機(jī)制探究。

圖5. SP-PFe植入物在體內(nèi)的促骨整合效果。

  該工作以題目為“Oxygen Independent Sulfate Radical and Fe²⁺ Modified Implants for Fast Sterilization and Osseointegration of Infectious Bone Defects”發(fā)表于《ACS Nano》。文章第一作者為四川大學(xué)的汪子又和黃依玲，通訊作者為四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院梁坤能副教授和化學(xué)工程學(xué)院鄧怡研究員。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、四川省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

  全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.5c04147