《Acta Biomaterialia·综述》微量元素纳米颗粒在水凝胶中制备方面的最新进展!

抗生素耐药性（AMR）已成为全球公共卫生的重大威胁。2021年全球有471万人死于耐药菌感染，预计到2050年每年死亡人数将超过200万。与此同时，慢性伤口中的细菌生物膜因耐药性强、免疫逃逸能力高，成为临床治疗的“老大难”。

金属及其纳米颗粒（NPs）因其多靶点抗菌机制（膜破坏、ROS生成、离子释放等）而被视为抗生素替代品。然而，非生理性金属（如银、铜、金）虽抗菌效果显著，却存在组织蓄积和长期毒性问题。相比之下，生理性微量元素——钴（Co）、锰（Mn）、钼（Mo）、钒（V）——天然存在于人体并参与关键代谢过程，毒性风险相对较低，近年备受关注。

本综述系统总结了钴（Co）、锰（Mn）、钼（Mo）、钒（V） 四种生理性超微量元素纳米颗粒在抗菌和创面愈合领域的双重功能及其水凝胶递送策略。这些TE NPs通过膜破坏、ROS生成（纳米酶活性）及离子释放等多重机制杀灭耐药菌，同时具备抗炎（降低IL-1β/IL-6等促炎因子）、清除过量ROS、促进M2型巨噬细胞极化、诱导血管新生等促愈合活性。将其负载于智能水凝胶中可实现控释、局部富集及刺激响应释放（pH、ROS、NIR等），协同发挥抗感染与促修复功效。现有数据表明，抗菌活性排序为Co > Mn > V > Mo，促愈合活性以Mn和Co表现最佳。该策略为应对抗生素耐药性提供了安全、高效的替代方案，但钒和钼的研究仍相对匮乏，临床转化面临规模化生产和长期安全性评价等挑战。

图1.发文量逐年上升示意图。

2017–2026年TE NPs发文量逐年上升（Co、Mn最多，V、Mo较少），反映该领域研究热度持续增长（图1）。

图2. 抗菌多重机制示意。

结果表明，TE NPs抗菌机制——包括膜破坏、ROS生成、离子释放、纳米酶催化（POD/氧化酶等）和抗生素协同（图2）。

图3. Mn-Ca体内杀菌促愈合。

结果显示，Mesoporous Mn-Ca NPs对MRSA感染伤口：9天细菌几乎完全清除，组织学显示炎症细胞减少、血管新生增强（图3）。

图4. MnSiO₃膜破菌效果。

结果显示，MnSiO₃ NPs/羧甲基壳聚糖/环氧化天然橡胶复合膜：SEM显示细菌膜破裂，抗菌率达99.9%以上（图4）。

图5. 创面愈合四阶段。

结果表明，创面愈合四阶段（止血→炎症→增殖→重塑）生理过程示意图，标注各阶段关键细胞和分子事件（图5）。

图6. TEs促愈合多环节。

结果表明，TE NPs及其水凝胶在创面愈合各阶段的作用：抗炎（降低IL-1β/IL-6）、调控ROS、促M2极化、促血管新生、促胶原沉积（图6）。

图7. Co水凝胶pH响应促愈合。

结果表明，Co-没食子酸水凝胶pH响应释放、手机RGB监测pH、糖尿病伤口21天愈合效果（H&E和Masson染色证实表皮增厚、胶原沉积增加）（图7）。

本综述系统梳理了钴、锰、钼、钒四种超微量元素纳米颗粒在抗菌和创面愈合领域的应用进展，强调了其作为“生理性金属”相比银等非生理金属的潜在安全性优势。TE NPs通过膜破坏、ROS生成、纳米酶催化和抗生素协同等多重机制杀伤耐药菌，并能调节炎症、促进M2型巨噬细胞极化、清除ROS、促进血管新生，实现“抗感染+促修复”一体化功能。

负载TE NPs的智能水凝胶是该领域最具临床转化潜力的方向。水凝胶可实现TE NPs的控释、局部富集和刺激响应释放（pH、ROS、NIR、温度），并可通过顺序免疫调节（先促炎杀菌、后抗炎促愈合）优化伤口微环境。部分体系已结合机器学习实现实时伤口监测（如pH成像），代表未来精准伤口管理的重要趋势。然而，该领域仍面临规模化生产、长期安全性评价和监管路径不清晰等挑战。目前钒（V）和钼（Mo）的研究明显不足，尤其是钒的水凝胶递送体系完全空白，亟待更多系统性研究。抗菌活性排序：Co > Mn > V > Mo；促愈合活性排序：Mn > Co > V > Mo——这一差异提示不同金属各有侧重，未来可根据具体临床需求“按需选材”。

近期，该研究成果以“Physiological metal-based nanoparticles as bioactive agents for antimicrobial activity and wound repair: Strategies for hydrogel-mediated delivery”为题发表于学术期刊《Acta Biomaterialia》，论文第一作者为Laure Brice，通讯作者为法国洛林大学Louise Ortet。