针对上述问题，郑州大学第一附属医院毕方刚、上海交通大学第六人民医院彭晓春、上海交通大学药学院陈剑团队，报道了一种名为CHPB@H的光热纳米平台，通过近红外触发释放铁离子和姜黄素形成“特洛伊木马”复合物，主动劫持细菌铁摄取途径以诱导铁死亡，同时清除活性氧并抑制纤维化屏障，从而在清除植入物相关生物膜感染的同时重塑免疫微环境，促进组织再生。该文章于2026年6月13日以《Iron-Hijacking Trojan Horse Nanoplatform Combats Implant-Associated Biofilm Infections Through Immuno-Fibrotic Remodeling》为题发表于《Advanced Materials》（DOI: 10.1002/adma.73711）。

图1.CHPB@H纳米平台抗生物膜感染的双重机制。在近红外光照射下，CHPB@H释放铁离子和姜黄素，形成Fe–Cur复合物。该复合物通过劫持细菌铁摄取系统诱导铁死亡，发挥"特洛伊木马"作用；同时，该纳米平台清除活性氧并抑制成纤维细胞活化，从而瓦解纤维化屏障、恢复免疫清除功能。这一双重作用实现了生物膜的根除并促进组织修复。PB：普鲁士蓝；HPB：中空普鲁士蓝；CHPB：载姜黄素的中空普鲁士蓝。

（1）CHPB 的制备与理化表征

HPB 纳米颗粒经可控水热蚀刻制备，呈立方形貌、介孔壳结构，TEM 显示粒径约 100 nm（图2b）。乙醇辅助吸附法负载姜黄素后，TEM 显示立方结构保留但介孔变浅，提示药物成功占位（图2c）。载药量 8.0±1.7%，包封率 69.5±3.4%。XRD 证实面心立方晶格完整无转相（图2d）；氮气吸附显示 BET 比表面积从 224.76 m²/g 降至 101.02 m²/g，平均孔径从 3.4 nm 缩至 1.93 nm（图2e），佐证孔道填充。EDS 面扫显示 Fe、C、N、O 均匀分布（图2f）；XPS 证实 Fe²⁺/Fe³⁺ 氧化态保留，C 1s 区出现含氧碳物种增强信号，直接证明姜黄素掺入（图2g,h）。UV-vis 光谱在 426 nm（姜黄素）和 720 nm（普鲁士蓝）处出现双峰（图2i）；DLS 测得水合粒径 183 nm，ζ 电位 −28.3 mV，7 天内 PBS 和 10% 血清中尺寸/电位几乎无变化，胶体稳定性优异（图2j,k）。

释放行为方面，pH 5.4、10% 血清条件下，无 NIR 时 12 h 铁和姜黄素释放分别仅 3.2% 和 13.1%；808 nm、1.0 W/cm²、5 min NIR 照射后，铁释放升至 13.2%，姜黄素释放达 67.2%（图2l）。UV-vis 时序监测显示 CHPB 特征吸收峰 720 nm 逐渐减弱，390 nm 处出现新峰并增强，归属为 Fe-Cur 配合物的形成（图2m），无 NIR 时无此变化。

图2.CHPB的理化性质。（a）CHPB合成过程示意图。（b）HPB的透射电镜图像。比例尺，100 nm。（c）CHPB的透射电镜图像。比例尺，100 nm。（d）CHPB的XRD图谱。（e）CHPB的N₂吸附-脱附等温线及孔径分布。（f）CHPB的EDS元素分布图。比例尺，100 nm。（g）HPB和CHPB的高分辨XPS Fe 2p谱。（h）HPB和CHPB的高分辨XPS C 1s谱。（i）姜黄素、HPB和CHPB的紫外-可见光谱。（j）HPB和CHPB的水合动力学粒径（n = 3）。（k）HPB和CHPB的Zeta电位（n = 3）。（l）有无近红外光照射下CHPB的铁释放动力学。（m）近红外光照射后不同时间点CHPB的紫外-可见光谱。（n）CHPB的CAT模拟、SOD模拟和POD模拟活性（n = 3）。（o）CHPB抗氧化能力的XPS分析。（p）XPS检测CHPB中Fe²⁺与Fe³⁺之间的转化。（q）CHPB多酶活性机制示意图。

（2）CHPB 的抗氧化与光热活性

CHPB 表现出浓度依赖的多重纳米酶活性：CAT 样活性分解 H₂O₂、SOD 样活性清除超氧阴离子、POD 样活性中和多种 ROS，在 ROS 级联反应的多环节进行拦截（图2n）。XPS 证实 H₂O₂、·OH 和 ·O₂⁻ 暴露后 Fe³⁺ 态比例升高，表明催化反应中发生了有效电子转移（图2o,p），普鲁士蓝晶格的可逆 Fe²⁺/Fe³⁺ 氧化还原循环使其可持续清除 ROS（图2q）光热方面，50 µg/mL CHPB 分散液经 808 nm 激光照射 5 min 温度升至 45.6°C，4次开-关循环升温曲线重叠，光稳定性良好。

（3）体外抗菌与抗生物膜效能

单独 CHPB 或单独 NIR 对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）均无明显杀伤，CHPB + Laser 使两菌菌落数下降约 3 log₁₀，优于 HPB + Laser，表明姜黄素协同贡献杀菌（图3a-d）。TEM 显示处理后细菌膜破裂、胞质外泄、胞内空泡形成（图3e）；胞内蛋白和 β-半乳糖苷酶泄漏增加，膜完整性丧失。

生物膜层面，活/死染色显示未处理组几乎全为活菌（绿色），CHPB + Laser 组遍布红色死菌信号（图3f,g）。结晶紫法测得生物膜总量和包埋活菌数均显著下降（图3h,i）。温度监测和铁离子荧光探针显示，NIR 触发后细菌分泌铁载体（siderophore）增加（图3j,k），Fe-Cur 配合物通过铁载体-铁转运体途径被主动摄取；铁离子螯合剂或铁载体合成抑制剂预处理可削弱杀伤，证实"铁劫持"依赖细菌铁摄取系统。进入胞内后，Fe³⁺ 在还原性胞质环境中部分转为 Fe²⁺，过量 Fe²⁺ 驱动 Fenton 反应产生大量 ROS（图3l-n），触发脂质过氧化——铁死亡的核心标志（图3o）。呼吸链复合物 I-IV 活性下降、ATP 耗竭（图3p），多模态杀菌机制得到验证。

图3.CHPB的体外抗菌效果及机制。（a,b）经不同处理后金黄色葡萄球菌（a）和大肠杆菌（b）菌落的代表性照片（连续稀释10⁻²至10⁻⁵）。（c,d）金黄色葡萄球菌（c）和大肠杆菌（d）的活菌定量分析（log₁₀ CFU）（n = 5）。（e）对照组或CHPB + 激光处理后金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的代表性透射电镜图像。比例尺，500 nm。（f,g）SYTO 9（活菌，绿色）和PI（死菌，红色）染色的金黄色葡萄球菌（f）和大肠杆菌（g）生物膜的三维重建共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像。比例尺，50 µm。（h,i）对金黄色葡萄球菌（h）和大肠杆菌（i）的抗生物膜效果：总生物量（OD₅₉₅，结晶紫法）及生物膜内活菌数（log₁₀ CFU）（n = 3）。（j）不同处理条件下细菌悬液的温度变化及相应热成像图（n = 3）。（k）铁载体分泌实验显示CHPB + 激光处理后铁载体活性升高（n = 3）。（l）CHPB + 激光处理后，经Fe²⁺特异性探针染色的金黄色葡萄球菌延时荧光显微镜图像。比例尺，10 µm。（m）CHPB + 激光处理后金黄色葡萄球菌胞内Fe²⁺和Fe³⁺浓度的时间变化曲线（n = 3）。（n）流式细胞术分析金黄色葡萄球菌胞内活性氧水平（DCFH-DA探针）。（o）经脂质过氧化探针C11-BODIPY⁵⁸¹/⁵⁹¹染色的金黄色葡萄球菌CLSM图像。绿色荧光表示脂质过氧化。比例尺，10 µm。（p）不同处理后金黄色葡萄球菌呼吸链复合物I–IV的活性及ATP水平。（q）CHPB"特洛伊木马"策略多模式抗菌机制总结示意图。

（4）体外生物相容性、抗氧化与抗纤维化

成纤维细胞 24 h 孵育实验显示，CHPB 浓度高达 200 µg/mL 时细胞活力仍>80%，NIR 照射未增加毒性（图4a）。溶血率<2%，红细胞形态正常（图4b,c）。H₂O₂ 诱导的氧化应激模型中，CHPB 有效清除胞内 ROS（图4d），挽救被 H₂O₂ 抑制的内源性抗氧化酶 Gpx1、CAT 和 SOD2 活性，分别提升 5.6、6.9 和 6.4 倍（图4e）；JC-1 染色证实线粒体膜电位（ΔΨm）保留。划痕实验显示成纤维细胞迁移增强。

机制上，CHPB 激活 Nrf2/HO-1 主抗氧化通路：驱动 Nrf2 核转位，HO-1 表达上调 2.4 倍（图4f,g）。H₂O₂ 强烈诱导的 α-SMA 及纤维化相关基因（ACTA2、COL1A1、COL3A1、FN1）被 CHPB 剂量依赖性消除（图4h,i）。聚焦 TGF-β/Smad 通路，H₂O₂ 升高的 p-Smad2/Smad2 和 p-Smad3/Smad3 比值及 COL-I 表达，被 CHPB 降至 TGF-β 抑制剂可比水平；Nrf2 siRNA 敲除大幅削弱该保护作用，证明抗纤维化依赖 Nrf2（图4j,k）。

图4.CHPB的体外生物相容性、抗氧化及抗纤维化特性。（a）成纤维细胞与不同浓度CHPB共孵育24 h后的细胞活力，有无近红外光照射（n = 3）。（b）小鼠红细胞暴露于CHPB 2 h后的溶血率（n = 3）；上方为代表性图像。（c）经水（阳性对照）、生理盐水（阴性对照）或CHPB处理后红细胞形态的代表性明场图像。比例尺，20 µm。（d）DCFH-DA染色的成纤维细胞胞内活性氧代表性荧光图像。比例尺，100 µm。（e）不同处理条件下成纤维细胞抗氧化酶Gpx1、CAT和SOD2的活性（n = 5）。（f）Nrf2（胞质和核组分）及HO-1表达的蛋白免疫印迹分析；β-actin和Lamin B1作为内参对照。（g）蛋白水平的灰度定量分析（n = 3）。（h）成纤维细胞中α-SMA（绿色）的免疫荧光图像；细胞核以DAPI（蓝色）染色。比例尺，100 µm。（i）纤维化相关基因的相对mRNA表达水平（n = 5）。（j）TGF-β/Smad通路的蛋白免疫印迹分析。（k）蛋白水平的灰度定量分析（n = 3）。（l）CHPB抗氧化与抗纤维化机制总结示意图。

（5）CHPB@H 的构建与皮下植入感染模型疗效

CHPB 掺入温敏壳聚糖水凝胶形成 CHPB@H。室温下可注射，37°C 快速溶胶-凝胶转变，流变学测定凝胶温度 37.5°C（图5a）；SEM 显示多孔互联三维网络（图5b）。模拟感染条件下铁和姜黄素释放可持续 14 天（图5c），10% 血清中缓慢降解，体内注射后 14 天仍可检测到荧光信号（图5d）。

小鼠皮下植入感染模型（S. aureus 涂层钛盘）中，NIR 照射后植入部位温度达 ~44.9°C（图5f,g）。第 14 天宏观评估，CHPB@H + Laser 组皮肤近乎完整、植入表面洁净、溃疡面积减少 94.5%（图5h）；SEM 显示植入物表面黏附菌极少，CFU 计数证实活菌下降约 1.8 log₁₀（图5i）。局部促炎因子下调。

组织学层面，Masson 三色染色显示 CHPB@H + Laser 组纤维包膜厚度减少 84.5%（图5j,k）；局部 ROS 降低、抗氧化酶活性增强、Nrf2 上调、COL-I 沉积减少。多重免疫荧光显示 α-SMA⁺ 肌成纤维细胞减少，CD3⁺ T 细胞、F4/80⁺ 巨噬细胞和 Ly6G⁺ 中性粒细胞浸润增加（图5l）。流式分析证实 α-SMA⁺ 成纤维细胞显著减少，CD45⁺ 白细胞浸润增加，以 CD86⁺ M1 样巨噬细胞和 CD8⁺ T 细胞为主（图5n），先天和适应性免疫均被激活；巨噬细胞极化向 M1 偏移（CD86 升高、CD206 略降），有利于抗菌宿主防御。

图5.免疫-纤维化重塑疗法根除小鼠皮下植入模型中的生物膜感染。（a）CHPB@H在加热至生理温度（37°C）时的溶胶-凝胶转变。（b）CHPB@H的扫描电镜图像。比例尺，1 µm。（c）CHPB@H在14天内铁和姜黄素的释放曲线。（d）皮下注射荧光标记的CHPB@H后不同时间点注射部位的代表性荧光图像。（e）皮下植入感染模型及治疗方案示意图。（f）背部区域代表性活体热成像图。（g）植入部位最高局部温度的定量分析（n = 3）。（h）感染后第14天拍摄的代表性照片：创面大体外观（左）、取出的钛盘及其周围组织（中）和盘表面（右）。红色、绿色和蓝色箭头分别指示皮肤溃疡、纤维包膜和表面生物膜。（i）第14天植入表面的细菌负荷定量（n = 5）。（j）第14天植入物周围组织切片的代表性马松三色染色。比例尺，500 µm（左）和50 µm（右）。（k）钛植入物周围纤维包膜的厚度（n = 3）。（l）植入物周围切片的多重免疫荧光染色：α-SMA（肌成纤维细胞）、CD3（T细胞）、F4/80（巨噬细胞）和Ly6G（中性粒细胞），并附荧光强度定量分析。比例尺，50 µm（左）和20 µm（右）。（m）免疫-纤维化重塑疗法体内机制总结示意图。（n）急性感染期（第3天）植入物周围细胞组成的流式细胞术分析（n = 3）。（o）第3天植入物周围组织中炎症因子水平的热图。

（6）转录组学揭示宿主微环境重编程机制

第3天 peri-implant 组织转录组分析显示，CHPB@H + Laser 组 vs Control 的差异表达基因（DEGs）中，Wnt 信号通路显著下调，趋化因子信号和吞噬体通路显著上调（图6b-g）。qPCR 验证关键 Wnt 通路基因（Wnt5a、β-catenin、Axin2、Myc）下调，趋化因子基因（Ccl2、Ccl5、Ccl7、Cxcl10）上调（图6h,i）。

Transwell 共培养实验直接验证纤维化抑制与免疫细胞迁移的因果关系：H₂O₂ 处理的成纤维细胞条件培养基抑制巨噬细胞迁移，CHPB 预处理后该抑制解除；TGF-β 抑制剂或 Nrf2 激活剂同样促进迁移，而 Nrf2 敲除则削弱 CHPB 的挽救效应（图6j-l）。

图6.宿主微环境重编程的分子机制。（a）治疗后第3天采集的植入物周围组织进行转录组学和分子分析的工作流程示意图。（b）CHPB@H + 激光组与对照组相比，植入物周围组织差异表达基因的火山图。（c,d）上调差异表达基因的GO生物学过程（c）和KEGG通路（d）富集分析。（e–g）基因集富集分析（GSEA）图显示下调的Wnt信号通路（e）以及上调的趋化因子信号通路（f）和吞噬体通路（g）的标准化富集分数（NES）。（h,i）qPCR验证植入物周围组织中关键Wnt通路基因（h）和趋化因子基因（i）的相对mRNA表达水平（n = 5）。（j）体外Transwell共培养实验示意图，用于评估纤维化抑制与免疫细胞迁移之间的关联。（k）不同条件下结晶紫染色的迁移巨噬细胞代表性图像。（l）巨噬细胞迁移效率的定量分析（n = 3）。

（7）大鼠感染性骨缺损模型的治疗评价

大鼠股骨缺损模型（S. aureus 感染）中，CHPB@H + Laser 组第 4 周和第 8 周细菌负荷较感染对照下降约 2.5 log₁₀（图7d,e）。micro-CT 显示该组骨缺损区新骨形成明显，骨体积分数（BV/TV）较感染对照提高 1.96 倍，骨小梁数量（Tb.N）和厚度（Tb.Th）分别提高 2.59 倍和 1.63 倍，骨小梁分离度（Tb.Sp）降低 1.81 倍（图7f-j），提示骨量不仅增加，且向更致密、力学性能更优的骨小梁架构转变。H&E 和 Masson 染色显示第 4 周炎症早期消退、修复组织活跃填充，第 8 周缺损基本被新骨桥接；治疗组纤维化组织极少，而对照组致密纤维瘢痕明显（图7k）。COL-I 免疫组化证实胶原沉积减少，与体外 Nrf2/TGF-β/Smad 通路抑制结果一致。

安全性方面，皮下注射 CHPB@H 14 天无局部炎症、坏死或纤维化；血常规正常。铁代谢检测显示铁主要分布于局部骨组织，其次为肝、肾，第 1 天达峰，第 21 天各器官降至很低水平；排泄经尿（第 1 天达峰）和粪便（第 4 天达峰）。第 8 周血清生化指标（肝、肾、心标志物）均在正常范围（图7l），主要器官组织学无损伤或炎症浸润。

图7.感染骨缺损大鼠模型的疗效评价。（a）感染股骨缺损模型建立及治疗方案的示意图和手术照片。（b）不同处理后膝关节区域的代表性活体热成像图。（c）缺损部位最高局部温度的定量分析。（d）术后第4周和第8周股骨组织匀浆培养的代表性细菌培养皿照片。（e）各时间点细菌负荷的定量分析（log₁₀ CFU/股骨）（n = 3）。（f）第4周和第8周股骨的代表性显微CT图像（冠状面、矢状面及三维重建视图）。（g–j）骨再生的显微CT形态学定量分析：骨体积分数（BV/TV）（g）、骨小梁数量（Tb.N）（h）、骨小梁厚度（Tb.Th）（i）和骨小梁分离度（Tb.Sp）（j）（n = 5）。（k）第4周和第8周缺损区的代表性组织学图像（H&E染色和马松三色染色）。比例尺，500 µm。（l）术后8周血清生化分析。