原创Wang YR 抗菌科技圈

第一作者：张家鑫

通讯作者：高玉婷

通讯单位：中国地质大学

研究速览：

近期，高玉婷研究团队在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了基于AIEgen插层纳米粘土的光动力以及化学动力诊疗平台，用于超高效细菌根除和快速伤口愈合的研究工作，随着细菌耐药性的出现和全球传播，病原性细菌感染已对人类健康产生严重威胁。因此，强烈期望具有高度抗菌效力和低诱导耐药性倾向的治疗策略来对抗细菌感染。在这里，通过将聚集诱导发射（AIE）光敏剂TPCI插入含铁蒙脱土（MMT）的纳米层中，开发了一个超高效的光动力/化学动力学治疗平台。形成的TPCI/MMT复合材料不仅可以通过在白光照射下突发产生单线态氧（1O2）来执行有效的光动力治疗（PDT），而且还可以通过将内源性过氧化氢转化为由于铁释放而产生的剧毒羟基自由基(·OH)来连续执行化学动力治疗（CDT）。此外，由于TPCI的AIE特征，TPCI/MMT的荧光可以被激活，这有助于指导抗菌剂的定位。TPCI/MMT中PDT和CDT的组合可以协同有效地消除细菌，促进体内更快的伤口愈合，并且该复合材料具有良好的生物相容性和低副作用。TPCI/MMT的智能和简单设计为实现高效抗菌剂以应对即将到来的耐药性危机提供了一个典型范例。

要点分析：

要点一： 由于静电力和分子间相互作用，TPCI可以很容易地插层到蒙脱土的负电荷层中，形成TPCI/MMT复合材料。

要点二：TPCI/MMT治疗系统不仅可以在白光照射下通过突发生成1O2来执行有效的光动力治疗，而且还可以在感染性微环境中由于铁释放将内源性H2O2转化为剧毒羟基来连续执行化学动力治疗。这种结合可以协同有效地消除细菌，促进更快的伤口愈合。

要点三：TPCI/MMT可以降低TPCI对正常组织的光毒性，同时改善MMT的生物相容性。这种具有高效率和低副作用的PDT/CDT双模式治疗平台的智能和简单设计使得TPCI/MMT成为皮肤感染相关疾病的优秀候选药物

图文导读

图1. 基于TPCI/MMT的模拟光动力/化学动力治疗平台的示意图，用于有效根除细菌和快速伤口愈合。

图2.（A）TPCI/MMT复合材料制备示意图。（B）TPCI/MMT和MMT的XRD图谱。（C）MMT、TPCI和TPCI/MMT的FT-IR光谱。（D）TPCI/MMT（0.05mg·mL−1） 和TPCI（10μM）的荧光光谱。（E）TPCI/MMT和MMT的氮气吸附-解吸等温线。（F，G）MMT和TPCI/MMT的SEM图像。

图3.（A）不同样品在不同时间在650 nm处的吸光度变化，（插图显示了照射后TPCI/MMT（a）、MMT（b）和空白（c）样品的TMB反应。）（B）照射前后通过DMPO检测·OH的TPCI/MMT的ESR光谱。（C）不同样品在不同时间在379nm处的吸光度变化，无论是否有光照射（D）TPCI/MMT的ESR光谱，用于照明前后通过TEMP检测1O2。

图4. 不同处理后的（A）大肠杆菌和（C）金黄色葡萄球菌菌落的代表性图像。（B）大肠杆菌和（D）金黄色葡萄球菌在有或者无光照射（4mW·cm−2)的情况下MMT（0.5mg·mL−1）、TPCI/MMT（0.5mg·mL−1）的细菌存活率。

图5.（A）用PBS、MMT（0.1mg·mL−1）和TPCI/MMT（0.1mg·mL−1)处理大肠杆菌的SEM图像（细菌浓度为107 CFU·mL−1.光照时间60min；标尺=1μm）。（B）在PI存在下与PBS和TPCI/MMT孵育的大肠杆菌的CLSM图像（细菌浓度，107 CFU·mL−1.照射时间60min）。

图6. MMT、TPCI和TPCI/MMT的生物相容性评估。（A）在B中处理的相应红细胞的照片。（B）红细胞与MMT（0.1mg·mL−1） TPCI/MMT（0.1mg·mL−1） 和TPCI（10μM）共培养后的溶血率。Triton和PBS中的红细胞分别设为阳性对照和阴性对照。插图：分别从左至右用PBS、Triton、MMT、TPCI/MMT和TPCI处理的红细胞。(C−E） 分别用不同浓度的MMT（C）、TPCI（D）和TPCI/MMT（E）处理的NIH 3T3细胞细胞活性。

图7. 体内抗菌和伤口愈合试验。（A）对感染铜绿假单胞菌的小鼠的药物施用、光照治疗和伤口评估方案的示意图。（B）不同时间点（0、2、4、8、12天）不同治疗后感染皮肤伤口的代表性图像。标尺：50mm。（C）伤口愈合率评估。（D）在第2天、第8天和第14天，从伤口区域移除铜绿假单胞菌菌落并在LB琼脂平板上培养。（E）在第14天通过H&E和Masson三色染色对组织进行组织学分析。

图8. 在第14天，对不同处理的小鼠的主要器官（心脏、肝脏、脾脏、肺、肾）进行H&E染色。标尺：200 μm。

结论

目前，细菌感染是人类健康的最大威胁之一，抗生素的过度使用和滥用导致了抗生素耐药性的出现，使越来越多的感染更难治疗。因此，强烈需要具有高度抗菌效力和低诱导耐药性倾向的替代治疗策略来应对严重的耐药性问题。

1. 本研究通过将具有聚集诱导发射特性TPCI插入含铁蒙脱土的纳米层中，开发了光动力治疗/化学动力治疗双模式抗菌系统TPCI/MMT。
2. 光动力治疗和化学动力治疗的组合可以在体外和体内协同有效地消除细菌，促进更快的伤口愈合。TPCI/MMT的智能和简单设计为光动力学-化学动力学联合疗法对抗细菌性传染病提供了一个典型范例。

全文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c05416

参考文献：Jiaxin Zhang, Feng Zhou, Zhenyan He, Yufeng Pan, Sen Zhou, Chunjie Yan, Liang Luo, andYuting Gao*. AIEgen Intercalated Nanoclay-Based Photodynamic/Chemodynamic Theranostic Platform for Ultra-Efficient Bacterial Eradication and Fast Wound Healing. ACS Applied Materials & Interfaces 2022.

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