【COF光动力疗法】：环境合成卟啉基铁共价有机框架用于高效感染性皮肤伤口愈合

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摘要：
1) 湖北大学文为&梁继超&熊华玉等报道的本篇文章（Biomacromolecules 2024）中设计并合成了一种基于卟啉的铁共价有机框架（Fe-COF），通过席夫碱缩合反应合成，并通过静电吸附与透明质酸（HA）包覆，形成一种新型的HA-Fe-COF，用于糖尿病伤口愈合。
2) HA-Fe-COF能够响应感染伤口中的透明质酸酶，控制释放Fe-COF，释放的Fe-COF具有光敏化剂的双重作用，能够在双光源照射下产生单线态氧和局部加热。此外，Fe-COF还充当类过氧化物酶纳米酶，通过酶促反应促进ROS的产生。这种创新方法实现了光动力、光热和化学动力治疗方式的协同治疗效果。
3) 此外，HA-Fe-COF的持续释放促进了糖尿病伤口愈合过程中的血管生成、胶原蛋白沉积和再上皮化。这种“全方位”策略为抗菌和生物膜根除策略的开发提供了新方法，最小化了对体内健康组织的损害。

研究背景：
1) 慢性糖尿病伤口愈合缓慢，发病率高，其发病机制复杂，包括高血糖、过度氧化应激、细菌定植、血管和神经病变等因素。
2) 细菌生物膜的形成增加了抗菌治疗的难度，传统的抗生素治疗面临挑战。近期，活性氧（ROS）作为抗菌和生物膜根除的新兴治疗手段受到关注。
3) 本研究中，作者首次合成了通过Fe-亚胺吡啶连接的高有序Fe-COF，并将其用于细菌生物膜的有效根除和促进细菌感染伤口愈合。Fe-COF通过亚组组装策略合成，并通过HA的修饰，开发了一种多功能纳米平台HA-Fe-COF，该平台在感染性糖尿病伤口中表现出适应性功能，主要由其对HAase的响应性驱动。

实验部分：
1) 合成Fe-COF：通过在室温下使用5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉(TAPP)和3,3′-联吡啶-6,6′-二羰基化合物(BPA)在Fe(OTf)2和乙酸的存在下进行Schiff碱缩合反应合成Fe-COF。
2) 制备HA-Fe-COF：将Fe-COF分散在溶液中，然后与透明质酸(HA)溶液混合，通过静电吸附作用制备了HA-Fe-COF。
3) 表征Fe-COF和HA-Fe-COF：使用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射(PXRD)、X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸附-脱附等温线、固体核磁共振(ssNMR)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术对合成的材料进行了详细的结构和形貌表征。
4) 评估HA-Fe-COF的类过氧化物酶(POD)活性：使用3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)作为探针，评价了Fe-COF和HA-Fe-COF的POD样酶活性。
5) 单线态氧(1O2)生成测试：使用1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)作为化学探针，评估了HA-Fe-COF在光照条件下生成单线态氧的能力。
6) 光热性能研究：评估了HA-Fe-COF在近红外光(808 nm)照射下的光热性能，包括光热稳定性和光热转换效率。
7) 体外抗菌活性评估：使用金黄色葡萄球菌(S. aureus)作为模型细菌，通过平板计数法和活死细菌染色评估了HA-Fe-COF的体外抗菌效果。
8) 体内糖尿病创面愈合实验：在糖尿病大鼠模型上评估了HA-Fe-COF处理感染性伤口的效果，包括伤口闭合率、组织学分析和免疫组化分析。

分析测试：
1) 结构表征：通过TEM和SEM观察了Fe-COF的形貌，PXRD分析确认了Fe-COF的晶体结构，XPS分析揭示了Fe-COF的元素组成和价态。
2) 比表面积和孔隙性分析：Fe-COF的比表面积为556.44 m2 g–1，孔径为1.76 nm。
3) 光物理性质表征：UV-vis吸收光谱显示Fe-COF在可见光和近红外区域有强烈的吸收，表明其具有高的光热转换潜力。
4) 类过氧化物酶活性测试：Fe-COF和HA-Fe-COF展现出良好的POD样酶活性，能够催化H2O2和TMB产生颜色变化。
5) 单线态氧生成效率：HA-Fe-COF在光照条件下能有效生成单线态氧，量子产率达到0.83。
6) 光热转换效率：HA-Fe-COF的光热转换效率为29.18%，表明其在光热疗法中具有潜在应用价值。
7) 体外抗菌实验：HA-Fe-COF在双重光照和H2O2存在下展现出显著的体外抗菌效果。
8) 体内糖尿病创面愈合实验：HA-Fe-COF处理能显著加速糖尿病大鼠感染性伤口的愈合过程，并具有良好的生物相容性和生物安全性。

总结：
1) 本研究成功合成了一种新型的HA-Fe-COF，该材料在细菌感染的糖尿病伤口愈合中展现出协同治疗特性。
2) HA-Fe-COF能够在细菌感染环境中响应HAase，释放Fe-COF，通过光热、光动力和化学动力三种治疗方式的协同作用，有效促进伤口愈合。
3) HA-Fe-COF展现出良好的生物相容性和生物安全性，为纳米医学领域提供了一种潜在的抗菌治疗策略。

展望：
1) 研究HA-Fe-COF在模拟体内环境中的长期稳定性和活性。
2) 探究HA-Fe-COF在抗菌和伤口愈合过程中的作用机制，包括其与细胞和组织的相互作用。

Ambient Synthesis of Porphyrin-Based Fe-Covalent Organic Frameworks for Efficient Infected Skin Wound Healing
文章作者：Yidan Chen, Tiantian Feng, Xiaohong Zhu, Yuting Tang, Yao Xiao, Xiuhua Zhang, Sheng-Fu Wang, Dong Wang, Wei Wen*, Jichao Liang*, and Huayu Xiong*
DOI：10.1021/acs.biomac.4c00261
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.4c00261

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