树枝状作为抗耐药感染的先进伤口敷料

抗生素耐药性，也被称为“无声的流行病”，是人类健康面临的重大威胁之一。2020年导致130万人死亡，预计到2050年这一数字将达到1000万。但抗生素仍然是医院、兽医学、水产养殖、农业中治疗抗菌感染广泛使用的药物，这加速了抗生素耐药性的发展。耐药性葡萄球菌、肠球菌和链球菌是主要的耐多种抗生素的病原体，其发病率、死亡率和医疗费用较高。目前迫切需要减缓或遏制耐药细菌的传播，并开发治疗感染的替代疗法。手术伤口容易受到细菌感染和生物膜的影响，如果病原体具有多重耐药性，可能导致严重后果，而生物膜极难清除，会延迟愈合并可能增加感染风险。开发无抗生素的材料是一个研究热点。非抗生素疗法包括抗菌肽（AMPs）、抗体、益生菌、噬菌体疗法、纳米材料和抗菌聚合物材料等。在抗菌替代品中，由三维（3D）聚合物网络构建的水凝胶在生物医学、制药、生物技术、生物分离、卫生纸尿裤、生物传感器、超级电容器、农业、石油回收和化妆品领域展现出应用前景。

无抗生素的材料已用于治疗局部伤口感染和生物膜。由于水凝胶具有良好的生物相容性、可生物降解性和高含水量，在生物医学应用中是佳选材料。迄今为止，水凝胶已商业化并用于伤口敷料、化妆品、隐形眼镜和药物递送载体等。开发具有抗菌性能、粘附止血性能、抗炎抗氧化性能、物质递送性能、自愈性能、刺激响应性能、导电性能的智能、多功能水凝胶伤口敷料已成为一种发展趋势。通过引入抗菌基团，可调控水凝胶以使其具备固有的抗菌活性。

天然聚合物（如壳聚糖和聚ε-赖氨酸）有抗菌活性，基于天然聚合物的水凝胶也表现出抗菌活性。但使用天然聚合物制备的水凝胶存在一些缺点，例如力学性能不佳及可加工性较低。合成聚合物具有易于修饰和可调节物理化学性质的优势，抗菌基团（如阳离子胺基团、季铵盐和N-卤胺）可被引入合成聚合物结构中以提供抗菌活性。近年来，单独使用合成的抗菌聚合物或与天然聚合物结合已用于制备抗菌水凝胶。

在合成聚合物中，具有高度支化结构的超支化树状大分子（HDPs）因其丰富的表面官能团、较低的粘度、分子内空腔以及与细胞的多价相互作用而日益受到关注。基于2,2-双羟甲基丙酸（bis-MPA）的HDPs成本效益高，可大规模高产率合成，同时保持优良的批次间一致性。这些特性对于生物医学实际应用和商业化十分重要。此外，由于酯键的水解，这些聚合物表现出良好的生物相容性和可降解性。

为了模拟AMPs，采用不同的氨基酸或小分子阳离子化合物对bis-MPA树枝状聚合物进行修饰，可使这些聚合物具有优良的广谱抗菌活性。由这些含氨基功能化聚合物形成的水凝胶具有固有的抗菌性能，无需额外添加抗菌剂。

瑞典皇家理工学院、Karolinska医学院、Stockholm大学、中国东华大学的Michael Malkoch等使用PEG10K-G5-NH3+和两种PEG交联剂，PEG–NHS–ami、PEG–NHS–est，合成了一系列阳离子树枝状水凝胶，这些水凝胶的稳定性、抗菌活性和细胞毒性可调节。使用PEG–NHS–ami作交联剂可提高阳离子水凝胶的稳定性并降低其溶胀率。在水凝胶形成过程中使用两种交联剂，所得可调控水凝胶具有强抗菌性能和良好的生物相容性。在离体猪皮感染模型实验中，阳离子水凝胶对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）疗效高，其中20wt%的_Mix水凝胶实现了99.12%的杀菌率，并将感染部位的细菌负荷降低了2.39 log。SEM图像进一步证实，阳离子水凝胶对猪皮具有高效杀灭细菌的作用。在活体小鼠感染模型中，经治疗4小时后，20wt%_Mix水凝胶消除了99.53%的金黄色葡萄球菌。这些阳离子水凝胶优良的抗菌活性、良好的生物相容性和粘附性能使其成为治疗耐药菌引起的皮肤感染的有前景的候选材料。

参考文献：

Yanmiao Fan, Maria Samara, Ziyu Song, Cheng Fang, Zixuan Ding, Amene Ayane, Georgios A. Sotiriou, Wanjun Liu, Michael Malkoch. Nonlinear cationic dendritic hydrogels as advanced wound dressings against drug-resistant infections[J]. Polymer, 2026, 354