Se NPs（纳米颗粒）因其生物相容性和强大的抗菌特性而在过去十年中引起了广泛关注。硒是人体必需的营养素，与银等许多其他纳米材料相比，硒纳米颗粒形式的毒性明显较低，使其成为治疗应用的理想选择。在之前的研究中，合成了聚（乙烯醇）稳定的Se NPs（∼80 nm），它对革兰氏阳性菌显示出很强的抗菌活性，但是生理环境中较差的胶体稳定性限制了它们在医学应用方面的潜力。
本文开发了一种新颖高效的一步法，用于合成AMP ε-聚-L-赖氨酸（ε-PL）包被的Se NPs （ε-PL-Se NPs），而无需额外的中间稳定层。并研究了这些ε-PL-Se NPs对具有临床意义的病原体的广谱抗菌活性，包括金黄色葡萄球菌、粪埃希菌、大肠埃希菌、铜绿假单胞菌和白色念珠菌。此外，这项工作还研究了潜在的抗菌机制、促进耐药性发展的风险以及这些NPs对哺乳动物细胞和人类红细胞的潜在毒性。
图 1.ε-PL-Se NPs 的表征
首先通过一步法制备两种类型的 ε-PL-Se NPs，再使用透射电子显微镜对5PL-SE NsP和10PL-SE NPs进行表征其形貌都为球形，并带有混合点的TEM衍射图显示原子在不同区域中排列规则，EDS映射证实NPs主要由硒组成，ζ电位的大小表示胶体系统的稳定性，紫外-可见吸收光谱在200-800 nm波长范围内的246 nm处表现出特征峰，这归因于这些ε-PL-Se NP对光的吸收，可以通过它们在结构内的电子跃迁或共振来确定，最后通过FTIR分析以确定ε-PL-Se NP与ε-PL相比的结构特性（图1）。
图 2.ε-PL-Se NPs 的广谱抗菌特性
用5PL-SE NP、10PL-SE NP和ε-PL处理的细菌中的膜破坏、膜去极化、ROS产生和ATP耗竭（图2）。
图 3.ε-PL-Se NPs 的抗菌机制
以纯阳离子MHB中的细菌作为对照，用5PL-SE NPs、10PL-Se NPs或ε-PL处理后细菌的代表性SEM图像，暴露于5PL-Se NPs和10PL-Se NPs的金黄色葡萄球菌的TEM图像（图3）。
图 4.抗性发展
金黄色葡萄球菌和大肠杆菌对10PL-Se NPs或卡那霉素的耐药性发展（图4）。
图 5.ε-PL-SE NPs抗真菌活性
用5PL-SE NP、10 PL-Se NPs或ε-PL处理8小时或24小时后白色念珠菌的荧光图像和SEM 图像（图5）。
图 6.ε-PL-Se NPs细胞相容性
样品处理后HDF、HaCaT角质形成细胞和MG63骨肉瘤细胞的活力保持在 70% 以上，并显示了暴露 24 小时后 HDF 的细胞密度和细胞形态（图6）。
图 7.ε-PL-Se NPs血液相容性
两种类型的ε-PL-Se NPs在所有测试浓度中均显示溶血水平低于 5%，最高可达 100 μg/mL，表明它们适合血液接触应用，对红细胞的溶血影响最小（图7）。
在本工作中，开发了一种新颖高效的一步法合成AMP（ε-聚-l-赖氨酸）包被的Se NPs（ε-PL-Se NPs）。与以前的方法相比，新方法消除了对中间稳定层的需求。这种简化的过程提高了NPs合成的可扩展性和可重复性，为未来的大规模生产提供了便利。通过直接使用AMP ε-PL作为稳定剂和功能涂层，实现了高表面电荷密度，从而在低AMP浓度下显着增强了抗菌活性。这些NPs对细菌和真菌都表现出有效和广谱的抗菌活性，与传统抗生素相比，产生耐药性的风险显着降低。它们的高效抗菌活性和低耐药性发展风险，再加上低细胞毒性和高血液相容性，强调了它们作为有价值的新型抗菌剂的潜力。这一进步不仅加速了下一代抗菌纳米材料的开发，还提高了基于纳米颗粒的治疗的精度和效率，解决了对抗AMR的关键需求。
近期，该研究成果以“One-Step Synthesis of Antimicrobial Polypeptide-Selenium Nanoparticles Exhibiting Broad-Spectrum Efficacy against Bacteria and Fungi with Superior Resistance Prevention”为题发表于学术期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》，论文通讯作者为墨尔本大学大学Andrea J. O’Connor。
撰稿人：刘彦庆
审稿人：邹开凤
论文全文链接
https://doi.org/10.1021/acsami.4c17157
抗菌抗污材料前沿
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