细菌生物膜的致密结构削弱了传统抗生素治疗的效果，尤其是临床上深层组织的生物膜感染导致治疗更加困难。近年来，尽管基于近红外光（NIR）的光热疗法已显示出较强的感染创面治疗潜力，但NIR光强度在组织中随着深度逐级衰减，严重限制了其在深部细菌生物膜感染中的应用。
图1 盘形电磁场装置（Disk-ZVS）和Fe-Se-HA MNs 双层微针的构建以及用于慢性感染创面的治疗示意图
为克服这一难题，陆军军医大学第一附属医院贺登峰博士、刘行谋博士、于云龙研究员和罗高兴教授共同研发报道了磁导向的双层微针贴片Fe-Se-HA MNs，用于慢性感染创面的治疗作用研究（图1）。该研究立足于自行设计的盘形电磁场装置（Disk-ZVS，图2），在 Disk-ZVS 产生的电磁场刺激下，磁场和电磁损耗集中在双层 Fe-Se-HA MNs 的尖端，即尖端发热。由于磁热疗法的中心位于针尖，而贴片的基底层保持较低的温度，因此可以精确利用热量，减轻对伤口区域造成的热损伤。一旦 Fe-Se-HA MNs作用于伤口，针尖便会刺透生物膜，在交变磁场作用下产生热量，发挥清除细菌生物膜的作用。
图2 电磁装置Disk-ZVS产生的磁场与Fe-Se-HA MN相互作用的有限元模拟
该磁热响应双层微针（Fe-Se-HA MNs）由功能化透明质酸（HA）、氧化铁（Fe3O4）和胶束保护的硒纳米颗粒（SeNPs@LAS）组成，其制备示意图、形貌、力学性能、元素组成及荧光染色表征如图3所示，证明了该双层微针的成功制备。
图3 Fe-Se-HA MNs 的制备和基本表征示意图
与近红外光相比，磁场可自由穿透皮肤和其他人体器官，且无强度衰减。本研究中结合微针（MN）贴片这种有序阵列组成的独特结构，可有效穿刺伤口硬痂，深入细菌生物膜，实现微创给药及增强药物渗透，最终抑制创面处金黄色葡萄球菌生物膜感染。同时，Disk-ZVS特殊线圈结构的设计不仅可以用来增加磁场强度，还有效解决了应用过程中的空间限制问题，相比于普通的螺线管线圈更适合用于体型更大的动物模型治疗，为磁治疗方案设计提供了一种新思路（图4）。
图4 电磁装置Disk-ZVS产生磁场的拓展应用及磁激发条件下Fe-Se-HA MN体外抗生物膜实验
通过Disk-ZVS产生的电磁场以及制备得到的双层微针Fe-Se-HA MNs能够杀死深层细菌生物膜，同时微针降解释放出的SeNPs@LAS能够清除慢性创面部位的活性氧，并且能够促进巨噬细胞从M1表型向M2表型转化。另外，释放出的Se和Fe元素促进了上皮化和组织微血管的形成，促进了糖尿病创面的快速修复（图5）。因此，借助于特殊设计的电磁系统Disk-ZVS和Fe-Se-HA MNs 双层微针可以有效向皮下基底层递送磁热响应纳米粒子，并通过远程磁响应方式产生尖端集中热量杀死细菌生物膜。该系统实现了磁热杀菌、深层无创组织穿透、抗炎和促进血管生成等多种功能一体化，具有广阔的应用前景。本项目的相关研究还在继续进行中。
图5 糖尿病创面感染模型的建立以及磁激发条件下Fe-Se-HA MNs进行磁诱导热疗的示意图
以上结果以“Magnetic Field‐Directed Deep Thermal Therapy via Double‐Layered Microneedle Patch for Promoting Tissue Regeneration in Infected Diabetic Skin Wounds ”为题发表于《Advanced Functional Materials》上。该论文通讯作者为陆军军医大学第一附属医院罗高兴教授，于云龙研究员和刘兴谋博士后。第一作者为陆军军医大学第一附属医院贺登峰博士后。
文章来源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202306357
