基于微环境感知的功能响应型水凝胶微球通过调节活性氧平衡，促进感染骨缺损的逐步修复

《Journal of Nanobiotechnology》：Functional-responsive hydrogel microspheres based on microenvironment sensing promote the sequential repair of infected bone defects by regulating ROS balance

　　

摘要

背景

治疗感染性骨缺损的关键在于调节活性氧物种的平衡，实现“先抗感染，再促进骨生成”的有序修复过程。然而，感知微环境变化以调控活性氧仍面临挑战。本研究通过“三元素协同”酸碱驱动组装方法制备出一种能够感知pH变化的纳米粒子（PBD-ICG纳米粒子），使其能够发生质子化与去质子化反应，再将这些纳米粒子负载到GelMA/HAMA水凝胶微球上，从而构建出一种基于微环境感知的功能响应型水凝胶微球（PGI）。

结果

在超声空化作用下，吲哚菁绿会转变为激发态，进而与微环境中的H₂O或³O?发生电子转移或能量传递，产生活性氧。在1瓦特超声作用下，有74%的活性氧被用于抗菌，同时将酸性的感染微环境恢复到正常的弱碱性状态。与此同时，纳米粒子能够感知pH变化，促使内部聚苯胺转化为翠绿碱形式，牛血清白蛋白的构象也会发生变化。这一过程会释放出去铁胺，以72%的效率抑制过量的活性氧，从而调节活性氧平衡并促进血管化骨生成。体外实验显示，血管生成能力提升了9.19倍；体内研究则表明，该材料的抗菌效果可达82.6%，同时骨生成效果也有46.5%的提升，实现了有序的阶段性治疗。

结论

总而言之，该系统通过感知微环境来调节活性氧平衡，实现功能响应型的有序修复，为感染性骨缺损的协同治疗提供了新的策略。

图形摘要

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