褪黑素纳米载体治疗金黄色葡萄球菌感染的糖尿病伤口

Treatment of Staphylococcus aureus-infected diabetic wounds by melatonin loaded nanocarriers.

作者信息Alyaa Farid, Ayah Mohsen, Bassant Nasser, Habiba Alaa, Mariam Abdelaziz, Maryam Mustafa, Mustafa Mansour, Nourhan Adel, Salma Magdy, Salma Mohsen, Samah Adel, Sarah Ibrahim, Shaymaa Abdel-Rahman, Sohaila Mohamed, Yomna El-Karamany
PMID40088373
发布时间2025-03-15
DOI10.1186/s13568-025-01854-0

实验完整度

高

研究包含体外表征(抗氧化、抗炎、抗菌、细胞毒性)和体内动物模型(糖尿病大鼠感染伤口)两个独立证据层级,并进行了功能验证(伤口愈合)和机制相关检测(氧化应激、炎症因子、凋亡蛋白)。

主要模型

雄性Sprague Dawley大鼠全层皮肤伤口模型 糖尿病大鼠(链脲佐菌素诱导) 金黄色葡萄球菌感染伤口模型 大鼠表皮角质形成细胞(R2100)

重点核对

M-CS/Le NPs的给药剂量:5 mg/kg,每日两次,持续14天 糖尿病诱导:STZ静脉注射65 mg/kg,空腹血糖>160 mg/dl确认 伤口感染:金黄色葡萄球菌109 CFU接种 检测时间点:第1、7、14天 样本量:每组9只大鼠,每个时间点3只用于组织收集

摘要

糖尿病的一种并发症是慢性伤口。糖尿病患者伤口愈合因促炎细胞因子分泌升高和自由基积累而受阻。糖尿病患者的伤口管理需要防止细菌生物膜的形成。由于壳聚糖(CS)、卵磷脂(Le)和褪黑素(M)具有伤口愈合活性,本研究旨在将褪黑素负载到CS/Le纳米颗粒上,并考察其对金黄色葡萄球菌感染的糖尿病伤口的作用。对褪黑素负载壳聚糖/卵磷脂纳米颗粒(M-CS/Le NPs)进行了物理表征,并在体外检测了其抗氧化、抗炎和抗菌活性。雄性Sprague Dawley大鼠分为两组(非糖尿病和糖尿病),每组进一步分为九个亚组。通过测量果糖胺和血糖水平确认糖尿病的诱导及整个实验期间的监测。在非糖尿病和糖尿病动物中制造全层皮肤伤口,并根据实验设计用金黄色葡萄球菌感染。通过测量氧化应激、炎症细胞因子和凋亡蛋白来评估M-CS/Le NPs的伤口愈合效果。我们的结果显示M-CS/Le NPs在体外具有抗菌、清除自由基和抑制溶血的作用。此外,M-CS/Le NPs的制备降低了所用褪黑素的剂量(与游离褪黑素相比)。M-CS/Le NPs显著减少了非糖尿病和糖尿病大鼠感染伤口的伤口面积百分比,效果优于游离褪黑素或未负载的CS/Le NPs。总之,M-CS/Le NPs促进了糖尿病大鼠金黄色葡萄球菌感染伤口的愈合。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
负载褪黑素的壳聚糖/卵磷脂纳米颗粒对金黄色葡萄球菌感染的糖尿病伤口是否具有促进愈合的作用?
核心机制
M-CS/Le NPs通过其抗氧化和抗炎特性,降低氧化应激和炎症细胞因子水平,并调节凋亡相关蛋白(降低Bax、p53、caspase 3/8,升高Bcl2),从而促进伤口愈合。
主要证据
体外实验显示M-CS/Le NPs具有抗氧化、抗炎、抗菌和低细胞毒性;体内实验中,M-CS/Le NPs处理(5 mg/kg)显著降低糖尿病和非糖尿病大鼠感染伤口的伤口面积百分比,并恢复MDA、SOD、TNF-α、IL-1β及凋亡蛋白至接近正常水平。
研究意义
M-CS/Le NPs可减少褪黑素用量,为糖尿病伤口感染提供潜在的治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

纳米颗粒制备与表征

制备M-CS/Le NPs并验证其物理稳定性及药物释放行为。

采用离子凝胶法制备CS/Le NPs(CS:Le=1:1),负载褪黑素,通过TEM和DLS表征粒径和Zeta电位,并跟踪120天稳定性;测定包封率、载药量和48小时释放曲线。

2

体外活性评估

评估M-CS/Le NPs的抗氧化、抗炎、抗菌活性和细胞毒性。

分别通过DPPH、H2O2、羟基自由基和超氧阴离子清除实验评估抗氧化活性;通过红细胞溶血抑制实验评估抗炎活性;通过抑菌圈实验评估抗菌活性;通过MTT法评估细胞活力。

3

糖尿病大鼠伤口模型建立

建立糖尿病大鼠全层皮肤伤口并感染金黄色葡萄球菌,以模拟感染性糖尿病伤口。

雄性SD大鼠静脉注射STZ(65 mg/kg)诱导糖尿病,确认后制造背部全层皮肤伤口(直径约2 cm),并接种金黄色葡萄球菌(109 CFU)感染。

4

体内治疗效果评估

比较M-CS/Le NPs与游离褪黑素及CS/Le NPs对感染伤口愈合的影响。

对非糖尿病和糖尿病大鼠的伤口进行局部给药,每日两次持续14天,分别在1、7、14天测量伤口面积百分比,并采集皮肤样本检测氧化应激、炎症因子和凋亡蛋白水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
壳聚糖Sigma-aldrich--
褪黑素Sigma-aldrich--
链脲佐菌素Sigma-aldrich--
卵磷脂(Lipoid S45)Lipoid GmbH--
Amicon Ultra-15过滤器Millipore--
大鼠表皮角质形成细胞(R2100)ScienCell--
IL-1β ELISA试剂盒Abcamab100768
TNF-α ELISA试剂盒CusabioCSB-E11987r
SOD ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R1424
MDA ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-0060
Bax ELISA试剂盒MyBioSourceMBS935667
p53 ELISA试剂盒MyBioSourceMBS723886
caspase 3 ELISA试剂盒MyBioSourceMBS018987
caspase 8 ELISA试剂盒MyBioSourceMBS260539
Bcl2 ELISA试剂盒MyBioSourceMBS2515143
大鼠果糖胺ELISA试剂盒MyBioSourceMBS2601586

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
纳米颗粒制备
CS/Le比例1:1,CS浓度10 mg/ml,Le浓度1.25 mg/ml,褪黑素5 mg/mL;制备温度、搅拌速度等条件未明确说明。
阅读提示:Materials and methods 中 'Preparation of melatonin loaded-chitosan/lecithin nanoparticles (M-CS/Le NPs)' 部分
糖尿病诱导
STZ剂量65 mg/kg静脉注射,空腹6小时,注射后10天测血糖确认(>160 mg/dl)。
阅读提示:Materials and methods 中 'Induction of diabetes' 部分
伤口感染模型
伤口直径2 cm,金黄色葡萄球菌浓度109 CFU,接种体积10 µl。
阅读提示:Materials and methods 中 'Excision wound model' 部分
给药方案
M-CS/Le NPs剂量5 mg/kg,游离褪黑素10 mg/kg,CS/Le NPs 5 mg/kg;每日两次,持续14天。
阅读提示:Materials and methods 中 'Experimental design' 部分
检测指标
伤口面积百分比在第1、7、14天测量;氧化应激(MDA、SOD)、炎症因子(TNF-α、IL-1β)、凋亡蛋白(Bax、p53、caspase3/8、Bcl2)在皮肤匀浆中检测。
阅读提示:Materials and methods 中 'Immunological measurements'、'Oxidative stress measurements'、'Effect on apoptotic proteins' 部分