北大医院骨科专家团队在智能响应型抗菌材料研究中有新发现

　　

　　双聘教授、北京大学材料科学与工程学院吴水林教授课题组合作在顶刊《Progress in Materials Science》（IF=40）上发文“Smart responsive materials for antibacterial therapy: Progress, opportunities, and challenges”。文章重点介绍了智能响应型抗菌材料（SRAMs）在应对抗生素耐药性和生物膜侵袭等难治性感染方面的研究进展与应用前景。

　　SRAMs能够在内源性或外源性刺激下精准释放抗菌因子，具有时空可控、副作用小、可规避耐药机制等优势，成为新一代抗菌材料的有力候选。该论文的通讯作者为曹永平教授和吴水林教授，第一单位是北京大学第一医院骨科。

　　细菌感染看似普通，但在骨科领域，它的危害可能更加隐蔽而致命。假体周围感染、内植物感染往往发生在患者经历大型手术后，这些细菌不但可能对常用抗生素“充耳不闻”（耐药），还会在植入物表面形成坚固的生物膜，把自己层层包裹，令药物和免疫细胞难以接近。这意味着一旦感染难以控制，患者常需接受多次清创、植入物摘除或翻修手术，不仅延长住院时间、增加医疗费用和康复负担，还可能导致长期残疾，严重时甚至发展为全身性感染危及生命。

　　目前，虽然传统抗生素仍是治疗假体周围感染的主力，但新抗生素研发速度赶不上耐药蔓延的步伐；而生物膜的存在又让治疗雪上加霜，仅靠传统抗生素已难以彻底根除风险，这正是发展“按需定位、局部高效”智能响应型抗菌材料的迫切临床动因。

　　为了破解这两大难题，科研人员正积极探索“会动脑筋”的智能响应型抗菌材料——它们能感知感染信号或外部刺激，按需释放杀菌物质、产生热能或活性氧等，从而在病灶局部精准、高效地清除细菌，同时降低全身副作用和耐药风险。

　　这篇发表在 Progress in Materials Science 的综述，系统回顾了近年来“智能响应型抗菌材料”（SRAMs）的研究进展、设计原理、抗菌/抗生物膜机制、典型应用以及临床转化面临的机会与挑战。

　　总的来说，智能响应型抗菌材料代表了一条从“普适用药”走向“精准局部治疗”的道路，为难治性、复发性或耐药感染提供新的治疗手段，特别是植入物相关感染与慢性骨髓炎等临床难题，可以把药物或杀菌效应限制在病灶处，减少如肝肾毒性或破坏肠道菌群等全身副作用，有望与现有抗生素联用，恢复或增强一些失效药物的疗效，延缓耐药的进展。不过，要真正走进临床，还需要更多关于安全性、长期效果、可规模化生产和监管合规的研究与验证。

　　在智能响应抗菌材料快速发展的背景下，团队针对骨科植入物感染这一临床难题开展了系统性攻关。曹永平教授课题组与吴水林教授于去年获得北京市自然科学基金（联合基金），创新制备出一种高均质铜包覆钛粉制得的多孔Ti-5Cu合金支架。铜的引入形成具有抗菌活性的Ti₂Cu相并实现稳定的铜离子释放，体内外实验证明该支架对金黄色葡萄球菌具有显著抑菌效果，同时促进成骨分化、无细胞毒性、细胞附着良好，兼具抗感染与促骨修复功能。

　　同时，团队优化出基于微米级磁控溅射的银涂层工艺，该涂层在附着力、银离子释放、抗菌与抗生物膜能力上表现优异，抗菌率接近100%，且生物相容性与成骨活性良好，显示出很高的临床转化潜力。

　　此外，与北京航空航天大学张涛团队合作探索了高熵合金（HEAs）在抗菌植入物中的应用，设计并制备了一系列β型Ti₅₀Zr₂₅Nb₂₀Cu₅₋ₓAgₓ合金（x=0、1、2.5）。这些合金既具备接近骨组织的低杨氏模量（≈61 GPa）以减轻应力遮挡，又兼有优异力学性能；其中Ti₅₀Zr₂₅Nb₂₀Cu₂.₅Ag₂.₅在体外抗菌率高达99.6%，生物相容性与常用Ti–6Al–4V相当，且体内表现出更好的抗菌和成骨诱导能力。

　　一直以来，团队致力于开发既能在术后早期和长期抑制感染，又能促进骨整合的多功能植入材料，力求把实验室的新材料真正走向临床应用，为降低假体相关感染、改善患者预后提供可行的材料学解决方案。