《Acta Biomaterialia·綜述》微量元素納米顆粒在水凝膠中制備方面的最新進展!

抗生素耐藥性（AMR）已成為全球公共衛生的重大威脅。2021年全球有471萬人死于耐藥菌感染，預計到2050年每年死亡人數將超過200萬。與此同時，慢性傷口中的細菌生物膜因耐藥性強、免疫逃逸能力高，成為臨床治療的“老大難”。

金屬及其納米顆粒（NPs）因其多靶點抗菌機制（膜破壞、ROS生成、離子釋放等）而被視為抗生素替代品。然而，非生理性金屬（如銀、銅、金）雖抗菌效果顯著，卻存在組織蓄積和長期毒性問題。相比之下，生理性微量元素——鈷（Co）、錳（Mn）、鉬（Mo）、釩（V）——天然存在于人體并參與關鍵代謝過程，毒性風險相對較低，近年備受關注。

本綜述系統總結了鈷（Co）、錳（Mn）、鉬（Mo）、釩（V） 四種生理性超微量元素納米顆粒在抗菌和創面愈合領域的雙重功能及其水凝膠遞送策略。這些TE NPs通過膜破壞、ROS生成（納米酶活性）及離子釋放等多重機制殺滅耐藥菌，同時具備抗炎（降低IL-1β/IL-6等促炎因子）、清除過量ROS、促進M2型巨噬細胞極化、誘導血管新生等促愈合活性。將其負載于智能水凝膠中可實現控釋、局部富集及刺激響應釋放（pH、ROS、NIR等），協同發揮抗感染與促修復功效。現有數據表明，抗菌活性排序為Co > Mn > V > Mo，促愈合活性以Mn和Co表現最佳。該策略為應對抗生素耐藥性提供了安全、高效的替代方案，但釩和鉬的研究仍相對匱乏，臨床轉化面臨規模化生產和長期安全性評價等挑戰。

圖1.發文量逐年上升示意圖。

2017–2026年TE NPs發文量逐年上升（Co、Mn最多，V、Mo較少），反映該領域研究熱度持續增長（圖1）。

圖2. 抗菌多重機制示意。

結果表明，TE NPs抗菌機制——包括膜破壞、ROS生成、離子釋放、納米酶催化（POD/氧化酶等）和抗生素協同（圖2）。

圖3. Mn-Ca體內殺菌促愈合。

結果顯示，Mesoporous Mn-Ca NPs對MRSA感染傷口：9天細菌幾乎完全清除，組織學顯示炎癥細胞減少、血管新生增強（圖3）。

圖4. MnSiO?膜破菌效果。

結果顯示，MnSiO? NPs/羧甲基殼聚糖/環氧化天然橡膠復合膜：SEM顯示細菌膜破裂，抗菌率達99.9%以上（圖4）。

圖5. 創面愈合四階段。

結果表明，創面愈合四階段（止血→炎癥→增殖→重塑）生理過程示意圖，標注各階段關鍵細胞和分子事件（圖5）。

圖6. TEs促愈合多環節。

結果表明，TE NPs及其水凝膠在創面愈合各階段的作用：抗炎（降低IL-1β/IL-6）、調控ROS、促M2極化、促血管新生、促膠原沉積（圖6）。

圖7. Co水凝膠pH響應促愈合。

結果表明，Co-沒食子酸水凝膠pH響應釋放、手機RGB監測pH、糖尿病傷口21天愈合效果（H&E和Masson染色證實表皮增厚、膠原沉積增加）（圖7）。

本綜述系統梳理了鈷、錳、鉬、釩四種超微量元素納米顆粒在抗菌和創面愈合領域的應用進展，強調了其作為“生理性金屬”相比銀等非生理金屬的潛在安全性優勢。TE NPs通過膜破壞、ROS生成、納米酶催化和抗生素協同等多重機制殺傷耐藥菌，并能調節炎癥、促進M2型巨噬細胞極化、清除ROS、促進血管新生，實現“抗感染+促修復”一體化功能。

負載TE NPs的智能水凝膠是該領域最具臨床轉化潛力的方向。水凝膠可實現TE NPs的控釋、局部富集和刺激響應釋放（pH、ROS、NIR、溫度），并可通過順序免疫調節（先促炎殺菌、后抗炎促愈合）優化傷口微環境。部分體系已結合機器學習實現實時傷口監測（如pH成像），代表未來精準傷口管理的重要趨勢。然而，該領域仍面臨規模化生產、長期安全性評價和監管路徑不清晰等挑戰。目前釩（V）和鉬（Mo）的研究明顯不足，尤其是釩的水凝膠遞送體系完全空白，亟待更多系統性研究。抗菌活性排序：Co > Mn > V > Mo；促愈合活性排序：Mn > Co > V > Mo——這一差異提示不同金屬各有側重，未來可根據具體臨床需求“按需選材”。

近期，該研究成果以“Physiological metal-based nanoparticles as bioactive agents for antimicrobial activity and wound repair: Strategies for hydrogel-mediated delivery”為題發表于學術期刊《Acta Biomaterialia》，論文第一作者為Laure Brice，通訊作者為法國洛林大學Louise Ortet。