种植体相关感染的典型特征是细菌生物膜的形成。现有治疗手段存在诸多不足。具有类酶活性的纳米酶能够产生强效毒素，既能杀灭细菌又能清除生物膜，且不会引发耐药性。然而，当前单金属纳米酶在复杂生物膜环境中难以有效发挥作用。因此，开发具有高效多酶活性的多金属纳米酶至关重要。本研究通过煅烧法制备了双金属纳米酶——氧化锌-硫化铜纳米花，并成功负载过氧化物酶（POD）、谷胱甘肽氧化酶（GSH-Px）和过氧化氢酶（CAT），将其负载于F127水凝胶中用于治疗种植体相关感染。ZnO-CuS纳米花结合细菌的能力是实现高效抗菌活性的关键。此外，含有过氧化氢的ZnO-CuS纳米花可破坏MRSA的代谢过程，包括精氨酸合成、核苷酸切除修复、能量代谢及蛋白质合成。研究证实，ZnO-CuS/F127水凝胶与过氧化氢联用可有效清除生物膜感染，并促进M1巨噬细胞向M2修复型表型巨噬细胞转变，从而治疗小鼠植入物感染。此外，ZnO-CuS/F127水凝胶具有良好的生物安全性，其毒性可忽略不计。ZnO-CuS/F127水凝胶为治疗植入物相关感染提供了有前景的生物医学策略，突显了双金属纳米酶在临床应用中的潜力。

图1.scheme图  A)ZnO-CuS纳米花和ZnO-CuS/F127水凝胶合成步骤的示意图。B)ZnO-CuS/F127促进植入物相关感染愈合的潜在机制。

上图为西西智研制作

图2.ZnO-CuS纳米花的性质。A)ZnO-CuS纳米花的SEM图像。B)ZnO-CuS纳米花的TEM图像。C)ZnO-CuS纳米花的HRTEM图像及选区电子衍射图像。D)ZnO-CuS纳米花的暗场TEM图像及Cu、S、Zn和O元素分布图。E)ZnO-CuS纳米花的XRD图谱。F，G)不同pH值PBS中ZnO-CuS降解的Cu²⁺和Zn²⁺离子积累情况（n=3）。H–L)ZnO-CuS纳米花的XPS光谱

图3.ZnO-CuS纳米花的类酶活性。A)反应后单独使用TMB、过氧化氢、TMB、TMB +过氧化氢、ZnO-CuS + TMB及ZnO-CuS+ TMB +H2O2溶液的紫外-可见光谱。B)使用TMB探针检测不同过氧化氢浓度下的POD类酶活性。C)使用TMB探针对不同浓度材料的POD类酶活性。D-F)通过OPD探针检测的ZnO-CuS纳米花的POD类酶活性。G，H)通过DTNB探针测定的ZnO-CuS纳米花在100和400 μg mL−1浓度下谷胱甘肽（GSH）消耗的时间依赖性。(I)不同浓度ZnO-CuS纳米花的类CAT活性。J，K)ZnO-CuS纳米酶的POD和类CAT活性的DFT计算。L)ZnO-CuS纳米花多酶活性的示意图。

图4.ZnO-CuS纳米花的体外抗大肠杆菌能力。A)不同浓度ZnO-CuS在不同pH溶液中与大肠杆菌菌落共培养的照片。B)在添加或不添加低浓度过氧化氢的pH 5.5溶液中，不同浓度ZnO-CuS与大肠杆菌菌落共培养的照片。C)不同处理后大肠杆菌的存活率（n = 3）。D)不同处理后大肠杆菌渗出物的蛋白质浓度。E)不同处理条件下死亡（红色）和存活（绿色）细菌的荧光图像（大肠杆菌）。F)通过DCFH-DA探针检测并分析不同处理条件下的大肠杆菌。G)经不同处理的大肠杆菌SEM图像

图5.ZnO-CuS纳米花体外抗MRSA能力。A)在不同pH溶液中与不同浓度ZnO-CuS共培养的MRSA菌落照片。B)在添加或不添加低浓度过氧化氢的pH 5.5溶液中，与不同浓度ZnO-CuS共培养的MRSA菌落照片。C)不同处理后MRSA细菌的存活率（n = 3）。D)不同处理后MRSA渗出蛋白浓度。E)不同处理条件下（MRSA）死亡（红色）和存活（绿色）细菌的荧光图像。F)通过DCFH-DA探针检测和分析不同处理条件下的MRSA。G)不同处理条件下MRSA的SEM图像

图6.ZnO-CuS纳米花的生物膜清除特性。A)经不同处理后MRSA细菌生物膜的结晶紫染色图像。B)不同处理后MRSA细菌生物膜的生物量（n = 3）。C)不同处理后MRSA生物膜的SPM代表性照片。D)与SPM对应的CFU计数（n = 3）。E)不同处理后MRSA细菌生物膜的N01探针染色3D重构代表性图像。F)不同处理后MRSA生物膜的SEM代表性图像。G)ZnO-CuS纳米花在体外高效抗生物膜活性的可能机制

图7.ZnO-CuS的抗菌机制。A)对照组或ZnO-CuS+H₂O₂处理组中MRSA总差异表达基因（DEGs）的火山图分析。B) KEGG富集分析散点图。C)富集通路中前20个DEGs的柱状图。D)蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络图及对应热图。E)在含有150 μg/ mL−1 ZnO-CuS和0.2 mmol /L−1过氧化氢的环境中，与不同浓度精氨酸共培养的MRSA菌落照片。F)不同浓度精氨酸处理后MRSA的存活率（n = 3）。G-K)qPCR结果显示精氨酸生物合成相关典型基因（n = 3）。MRSA的TEM图像：L)对照组和M) ZnO-CuS组。EDS元素映射图像显示：N)碳、O)氮、P)氧、Q)铜、R)硫和S)锌。T)碳、氮、氧、铜、硫和锌的联合元素映射图像

图8.ZnO-CuS纳米花在MRSA中杀菌机制示意图。ZnO-CuS纳米花可以干扰MRSA细菌的代谢过程，如精氨酸合成、能量代谢（糖酵解/糖异生和三羧酸循环）、核苷酸切除修复和蛋白质合成

图9.ZnO-CuS/F127水凝胶的特性表征。A-C)ZnO-CuS/F127水凝胶的SEM图像。D)F127水凝胶与ZnO-CuS/F127水凝胶在不同温度下的照片。E)ZnO-CuS/F127水凝胶的可注射性。F-I)ZnO-CuS/F127水凝胶的流变学特性：热敏扫描、频率扫描、动态阶跃应变及粘度测量。J) ZnO-CuS/F127水凝胶经弯曲、拉伸、扭转或水下浸泡后仍能牢固附着于猪肌肉组织。K)与不同菌群共培养的MRSA细菌菌落照片（对照组、过氧化氢组、F127组、F127+H2O2组、ZnO-CuS/F127组及ZnO-CuS/F127+H₂O₂组）。L)不同处理后MRSA细菌的存活率（n = 3）。M)不同处理下MRSA菌体（红色表示死亡，绿色表示存活）的荧光图像

图10.氧化锌-硫化铜/氟化物复合材料（ZnO-CuS/F127）在小鼠体内清除生物膜感染的实验研究。A)体内生物膜清除示意图。B)不同治疗组小鼠在不同时间点的伤口愈合图像。C)拆除PEEK片材的代表性图像。D)拆除PEEK片材的扫描电镜图像。E)外周组织匀浆液与PEEK片材表面超声振荡液的SPM图像对比。F)与SPM结果对应的外周组织匀浆菌落形成单位（CFU）计数（n = 3）。G)与SPM结果对应的PEEK片材表面CFU计数（n = 3）。H)不同治疗组小鼠在治疗周期内的体重变化。I)不同治疗后创伤组织的苏木精-伊红（H&E）染色与马松染色结果

图11.氧化锌-硫化铜复合物（ZnO-CuS/F127）在创伤创面组织中的免疫调节作用。A、B)不同治疗组创伤组织的吉姆萨染色与CD31染色代表性图像。C)不同治疗组皮下组织切片中NET标志物Cit-H3和MPO的免疫荧光染色代表性图像。D)外周组织匀浆的ELISA检测结果（n = 3，检测指标包括IL-6、IL-10、TNF-𝛼和VEGF）

图12.对照组与ZnO-CuS/F127组创伤组织的转录组测序分析。A)两组差异表达基因分布图。B)ZnO-CuS/F127组中与M2极化相关的上调基因。C)M2巨噬细胞极化相关基因集热力图谱。D)运用快速预排序基因集富集分析，进一步验证ZnO-CuS/F127组巨噬细胞通路激活机制。E)ZnO-CuS/F127促进M1型巨噬细胞向M2修复型巨噬细胞极化的作用机制示意图。

图13.创伤组织巨噬细胞标志物免疫荧光染色代表性图像。A)不同治疗组外周组织的免疫荧光染色结果。绿色荧光标记CD86，红色荧光标记CD206，蓝色荧光标记细胞核。B)不同治疗组外周组织的免疫荧光染色结果。绿色荧光标记IL-6，红色荧光标记IL-10，蓝色荧光标记细胞核。

本研究通过煅烧交联法制备出一种具有多酶活性的ZnO-CuS/F127纳米酶水凝胶，用于治疗种植体相关感染。制备的花状双金属纳米酶ZnO-CuS含有大量酶活性位点，在酸性条件下展现出优异的过氧化物酶样活性和谷胱甘肽过氧化物酶活性，并释放出更多Cu²⁺和Zn²⁺抗菌离子。此外，ZnO-CuS纳米花在中性条件下表现出类超氧化物歧化酶活性，可催化过量过氧化氢转化为氧气。抗菌实验表明，ZnO-CuS纳米花在体外具有出色的抗菌和生物膜清除能力。该纳米花与细菌结合的能力对其抗菌效果至关重要，这种结合能快速高效地释放活性氧及Cu²⁺、Zn²⁺，从而实现最佳杀菌效果，同时减少对正常哺乳动物细胞的损伤。此外，细菌RNA测序显示，氧化锌-硫化铜纳米花与过氧化氢联用可破坏耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的代谢过程，包括精氨酸生物合成、核苷酸切除修复、能量代谢及蛋白质合成。动物实验结果表明，低浓度过氧化氢的氧化锌-硫化铜纳米酶水凝胶能有效消除MRSA生物膜感染，并促进体内胶原沉积、血管新生及组织修复。转录组测序显示，氧化锌-硫化铜/F127纳米酶水凝胶通过调控M1型巨噬细胞向修复性M2型巨噬细胞转化相关基因，推动组织修复进程。总体而言，基于多重酶样活性的氧化锌-硫化铜/F127纳米酶水凝胶作为治疗植入物相关感染的生物医学材料策略前景广阔。不过，在技术工艺、生产制造、法规监管及临床应用等方面仍需进一步研究探索。

本文内容来自期刊Adv. Funct. Mater. 2025年发表, 第35卷, 文章编号为2415778 ，以ZnO-CuS/F127 Hydrogels with Multienzyme Properties for Implant-Related Infection Therapy by Inhibiting Bacterial Arginine Biosynthesis and Promoting Tissue Rep为题的文章。原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202415778

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