2024年，天津大学材料科学与工程学院朱胜利教授金属功能材料研究团队与北京大学吴水林教授合作在国际知名期刊Bioactive Materials (IF: 18.0)上发表题为“Rapid and Effective Treatment of Chronic Osteomyelitis by Conductive Network-Like MoS₂/CNTs Through Multiple Reflection and Scattering Enhanced Synergistic Therapy”的研究论文，其中2021级博士研究生金丽果为该论文第一作者。

慢性骨髓炎是一种慢性、持续性的骨髓、骨膜、骨皮质及周围组织的疾病，由致病菌或宿主组织坏死、创伤后急性骨髓炎、糖尿病足、种植体手术感染或血液播散引起的无菌性炎症引起，并与骨破坏和死骨形成有关。这种疾病很难治疗，但如果治疗不当和不及时，可能导致危及生命的疾病，如关节功能障碍和身体残疾。慢性骨髓炎的传统临床治疗方法包括手术清创和全身注射抗生素，但这些方法的复发率很高。清创一直是骨髓炎的一种治疗方法。它包括去除所有死骨和任何感染的骨或软组织，以防止不必要的血管化和稳定性的丧失。临床治疗需要长期使用一种或几种抗生素来防止慢性骨髓炎的持续恶化，而慢性骨髓炎的持续恶化往往会产生多种副作用，包括耐药性和肾毒性。不难看出，对于慢性骨髓炎治疗的多重困难，单靠抗生素治疗难以彻底清除，耐药性的挑战随着抗生素的长期使用而随之而来。为了解决抗生素耐药性危机，正在制定无抗生素治疗战略。

微波治疗是一种很有前途的治疗工具，因为它可以穿透生物组织，而对周围健康细胞和组织的衰减可以忽略不计。碳纳米管（CNTs）具有密度低、导电性好、比表面积高的特点。然而，单独的CNTs由于其高导电性而表现出较差的微波吸收性能，导致阻抗失配。CNTs与材料不同介电性能的结合通常会形成非均质界面，并产生丰富的界面偶极子。由于二硫化钼（MoS₂）较大的比表面积和缺陷处的界面极化，发现二硫化钼具有显著的介电和吸收特性。然而，由于其导电性弱，其界面阻抗匹配受到限制。单靠二硫化钼很难获得优异的电磁性能，因此有必要在其中加入高导电性材料以提高其性能。因此，本研究设计了CNTs与MoS₂片状纳米花的组合，可以产生阻抗匹配、传导损耗、极化损耗和多次散射的协同效应。在微波照射下，MoS₂/CNTs产生大量的热量和活性氧（ROS），通过微波热疗（MTT）和微波动力疗法（MDT）联合治疗金黄色葡萄球菌感染的慢性骨髓炎。

Figure 1. The combination of MTT and MDT for the treatment of COM with deep tissue infection was achieved using MoS₂ and CNTs to form heterojunction MoS₂/CNTs, which generated heat and ROS under MW irradiation.

Figure 2. (a) HRTEM image of MoS₂ (Scale bar: 2 nm). (b) HRTEM image of CNTs (Scale bar: 2 nm). (c) TEM image of MoS₂/CNTs (Scale bar: 200 nm). (d) HRTEM image of MoS₂/CNTs (Scale bar: 2 nm). (e) TEM mapping images of MoS₂/CNTs (Scale bar: 100 nm). (f) The atomic structure of MoS₂. The atoms of Mo and S were represented in green and pink, respectively. (g) The atomic structure of CNTs. The atoms of C, H, and O were represented in brown, orange, and red, respectively. (h) The atomic structure of MoS₂/CNTs. The atoms of Mo, S, C, H, and O were represented in green, pink, brown, orange, and red, respectively. (i) UV-Vis spectra of MoS₂, CNTs and MoS₂/CNTs. (j) XPS spectra of MoS₂, CNTs and MoS₂/CNTs. (k) MW current of MoS₂, CNTs and MoS₂/CNTs.

Figure 3. (a) RL spectra of MoS₂. (b) RL spectra of 5-MoS₂/CNTs. (c) RL spectra of 10-MoS₂/CNTs. (d) RL spectra of 20-MoS₂/CNTs. (e) RL spectra of 40-MoS₂/CNTs. (f) 3D RL spectra of MoS₂. (g) 3D RL spectra of 5-MoS₂/CNTs. (h) 3D RL spectra of 10-MoS₂/CNTs. (i) 3D RL spectra of 20-MoS₂/CNTs. (j) 3D RL spectra of 40-MoS₂/CNTs. (k) The contour RL spectra of MoS₂. (l) The contour RL spectra of 5-MoS₂/CNTs. (m) The contour RL spectra of 10-MoS₂/CNTs. (n) The contour RL spectra of 20-MoS₂/CNTs. (o) The contour RL spectra of 40-MoS₂/CNTs.

本研究报告了一种微波辅助灭菌策略。使用微波反应性MoS₂/CNTs治疗金黄色葡萄球菌感染引起的慢性骨髓炎。MoS₂/CNTs具有优异的微波吸收性能，主要是由于促进了阻抗匹配和增强了界面极化。体外和体内实验表明，MoS₂/CNTs具有优异的细胞毒性、生物安全性和抗菌活性。研究还表明，在微波辐射下，MoS₂/CNTs可以产生大量的热量和活性氧。在微波辐照下，20-MoS₂/CNTs对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率达到99.97%。MoS₂/CNTs可以储存大量电荷，并且容易释放更多的电子。在微波辐照下，活性氧是由大量高能电子吸附的氧结合产生的。此外，MoS₂/CNTs的非均相界面产生了丰富的界面偶极子，从而显著衰减了微波能量以产生热量。经20-MoS₂/CNTs治疗慢性骨髓炎 56天后，通过血常规、血液生化试验、H&E染色、Masson染色、茜素红染色、免疫组织化学染色和X线扫描试验显示，20-MoS₂/CNTs具有良好的体内抗菌、抗炎和成骨能力。MTT-MDT联合治疗是本研究中微波治疗向前迈出的重要一步。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.08.005

文章DOI号：10.1016/j.bioactmat.2023.08.005