骨髓炎是一种严重的临床并发症，通常由创伤、外科手术或神经外科植入物引发。胫骨区域由于骨骼结构密集、血管化程度低以及生理环境受限，特别容易发生持续性感染且再生效果较差。[1]，[2]，[3] 一旦病原菌如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）在骨组织中定植，它们往往会形成顽固的生物膜，从而逃避免疫系统的清除，并显著降低传统抗生素的疗效。[4]，[5]，[6] 随着耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）菌株的日益普遍，这些感染可能会发展成慢性骨髓炎，导致骨骼逐渐破坏、骨生成能力下降、病程延长以及医疗负担增加。[7]，[8]，[9]，[10]
为了解决这些限制，人们正在积极探索新的非抗生素抗菌策略。[11]，[12] 外源性刺激响应疗法，如光热疗法、[13]、光动力疗法[15]、[16]和声动力疗法（SDT）[17]，[18]受到了关注。然而，由于光的穿透深度有限，光疗法在治疗深层感染时效果较差。[19]，[20]，[21]，[22] 相比之下，SDT因其非侵入性、安全性以及能够深入组织而成为一种有前景的方法。[23]，[24] SDT利用低强度超声波（通常为0.5–2.0 MHz）激活感染部位的声敏剂，从而产生活性氧（ROS），如单线态氧（1O2）、羟基自由基（•OH）和超氧阴离子（•O2⁻）。[25]，[26] 这些ROS会对细菌的膜、蛋白质和DNA造成不可逆的氧化损伤，同时也会破坏生物膜的完整性。重要的是，SDT能够调节炎症微环境并促进组织再生，使其成为控制感染和修复骨骼的双重功能策略。[27]，[28]，[29]
SDT中ROS的生成机制主要涉及超声波诱导的电子转移和空化增强的催化作用。[30]，[31] 在超声波刺激下，声空化会导致微气泡的形成、膨胀和破裂，产生局部的高温和高压环境。[32]，[33]，[34]，[35] 这些极端条件使声敏剂激发到更高的电子状态，并促进其进入三重态。[36]，[37] 在这种状态下，声敏剂参与两种主要的ROS生成途径：I型途径——电子或氢原子从声敏剂转移到周围介质（例如O2或H2O），生成•O2⁻和•OH；II型途径——能量从三重态声敏剂转移到分子氧，生成1O2。[14] 在某些系统中，围绕金属离子的氧化还原循环可以通过Fenton或类似Fenton的反应进一步放大ROS的产生，特别是当过渡金属离子如Mn2⁺或Fe3⁺整合到声敏剂结构中时。[38]，[39]，[40]，[41]
尽管SDT在机制上有很大潜力，但其治疗效果很大程度上受到声敏剂性质的限制。传统的有机声敏剂，如氯苯乙烯e6、原卟啉IX和Curcumin，虽然具有产生ROS的能力，但存在一些局限性，包括快速光降解、水溶性差、聚集导致的淬灭以及在深层组织中积累受限。[41]，[42] 无机声敏剂如TiO2和Bi2WO6虽然具有更高的ROS产率和更好的稳定性，但长期生物相容性和重金属毒性仍是一个问题。最近，金属有机框架（MOFs）作为一种新型的功能性声敏剂出现，具有模块化设计、高孔隙率和出色的可调性。[46]，[47]，[48]，[44]，[45]
在MOFs中，PCN-222（一种锆卟啉框架）因其结构坚固、丰富的卟啉活性位点和高的1O2量子产率而受到关注。值得注意的是，用Mn离子对PCN-222进行金属化（得到PCN-222(Mn)）后，引入了多种功能优势：Mn-卟啉中心提高了ISC效率，并促进了超声波引发的电子转移，从而通过I型和II型途径增强了ROS的产生。此外，Mn离子本身具有生物活性——它们可以调节巨噬细胞的极化、促进骨生成分化并增强矿化作用，使其在骨再生治疗中特别有价值。
为了进一步增强声动力系统的生物功能性，可以引入天然小分子如Curcumin（Cur）。Curcumin是一种植物来源的多酚，具有广谱抗菌、抗炎和促进骨生成的特性。然而，其较差的生物利用度和快速降解限制了其临床应用。将其嵌入MOF框架中可以防止其过早降解，并在超声刺激或酸性感染环境下实现可控释放。[52] 因此，PCN-222(Mn)-Cur复合材料结合了结构和生物功能，包括：在超声波作用下产生强效的ROS、Mn和Cur带来的免疫调节和抗菌效果，以及促进感染骨缺损处的骨生成分化。
在本研究中，我们报道了一种基于PCN-222(Mn)-Cur的超声敏化平台的设计和应用，用于治疗耐药细菌引起的骨髓炎（图1）。这种经过Curcumin修饰的基于锰的金属-有机框架不仅表现出超声激活的催化活性，还模拟了纳米酶样的ROS调节作用。因此，这种多功能系统在超声照射下能有效消除细菌感染，并通过类似超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的级联反应抑制炎症。此外，体内实验表明，PCN-222(Mn)-Cur可以在骨感染部位被超声激活以消灭细菌，并同时缓解局部炎症，从而促进骨再生。因此，这种多功能声催化纳米酶平台为治疗骨髓炎提供了一种有前景的治疗策略。
