糖尿病是一种常见的以高血糖为特征的内分泌疾病，其中，糖尿病皮肤溃疡是最典型的并发症之一。一方面，高水平的葡萄糖为细菌感染提供了温床，并进一步形成顽固性生物膜，甚至导致多药耐药性；另一方面，由于氧化应激和细胞外基质的改变而导致创面愈合受损。目前，糖尿病皮肤溃疡主要依赖于抗生素治疗，导致耐药性问题日益严重。纳米技术的发展为糖尿病伤口治疗提供了新思路。其中，纳米酶因其低成本、设计灵活性好、表面改性容易、制备简单和温度及pH耐受性高等优点受到广泛关注（APL Mater.2024,12, 100401）。然而，催化活性有限和生物相容性差等问题仍然是临床应用中面临的巨大挑战。因此，亟需开发兼具葡萄糖消耗和活性氧清除能力的非抗生素纳米抗菌剂。
受自然界高效级联反应过程的启发，吉林大学化学学院杨英威、吉林大学中日联谊医院刘林林、武汉大学药学院田间和浙江农林大学化学与材料工程学院郇伟伟团队构建了一种基于双金属纳米酶的仿生苍耳（GNR@CeO2@GNPs）用于糖尿病感染伤口的杀菌和促进愈合（图1）。首先，以金纳米棒（GNR）为“纳米天线”，在其表面沉积具有锋利边缘结构的二氧化铈外壳（CeO2），构筑具有类过氧化物酶活性的纳米酶基底（GNR@CeO2）；其次，借助全羧基化的斜塔芳烃大环化合物（WLP6）作为双侧配体，提高生物相容性，同时原位沉积具有类葡萄糖氧化酶活性的小尺寸金纳米颗粒（GNPs），构筑等离激元超分子纳米酶GNR@CeO2@GNPs。在葡萄糖活化和808纳米激光照射下，利用等离激元效应和级联催化策略，同时提高GNR@CeO2@GNPs的类葡萄糖氧化酶活性和类过氧化物酶活性，降低感染伤口部位的局部血糖水平，缓解氧化应激，原位生成活性氧自由基用于清除细菌及其生物膜，同时促进组织再生和伤口愈合。
图1.GNR@CeO2@GNPs仿生苍耳的制备及其在糖尿病感染伤口治疗中的应用示意图。GNR@CeO2@GNPs仿生苍耳的级联催化治疗机制：其一，利用类葡萄糖氧化酶活性能够通过降解内源性葡萄糖改善糖尿病伤口的高糖微环境；其二，利用类过氧化物酶活性能够充分利用中间产物H2O2，原位生成活性氧自由基，用于高效抗菌。更重要的是，在近红外光辐照下，GNR的等离激元效应和光热转换特性能够显著增强类葡萄糖氧化酶活性和类过氧化物酶活性，从而实现在近红外光辐照下“远程激活”的多模式联合抗菌以及促进伤口愈合。体外和体内实验证明，GNR@CeO2@GNPs仿生苍耳对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有高效的抗菌和清除生物膜特性，同时，诱导巨噬细胞从M1到M2表型极化，减少炎症，促进胶原蛋白沉积和血管生成，从而加速伤口愈合。
综上所述，作者采用等离子体增强的纳米酶催化和级联反应策略构建基于双金属纳米酶的GNR@CeO2@GNPs仿生纳米苍耳，同时提高了GNR@CeO2@GNPs的两步类酶催化活性，用于糖尿病伤口的抗菌和促进愈合，有助于加深理解等离激元纳米酶催化活性和抗菌性能的影响因素和调控机制，为开发用于协同治疗糖尿病及其他慢性感染伤口的多功能纳米酶治疗平台提供了一种有前途的新策略。
相关研究工作近期以“Plasmonic Supramolecular Nanozyme-Based Bio-Cockleburs for Synergistic Therapy of Infected Diabetic Wounds”为题发表于《Advanced Materials》期刊（Adv.Mater.2024,DOl:10.1002/adma.202411194），第一作者为吉林大学“鼎新学者”王鑫博士。
https://doi.org/10.1002/adma.202411194
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