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光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）等方法一直是对抗细菌感染的有效策略。然而，致病菌，尤其是耐药菌致密的细胞膜显著降低了热传导效率，阻碍了活性氧（ROS）进入细胞，导致杀菌效果不佳。
2024年10月13日，四川大学/香港大学邓怡、四川大学梁坤能共同通讯在Advanced Materials 在线发表题为“Elaborated Bio-Heterojunction With Robust Sterilization Effect for Infected Tissue Regeneration via Activating Competent Cell-Like Antibacterial Tactic”的研究论文。受感受态细菌膜特征的启发，该研究制备了MXene/CaO2生物异质结（MCbio-HJ），通过激活感受态细胞的抗菌策略来实现快速消除并促进感染组织的皮肤再生。
MCbio-HJ通过Ca2+和膜磷脂的协同作用，促使病原菌转化为类感受态细胞，膜通透性增强。在近红外（NIR）照射下，MCbio-HJ发生PTT和PDT效应，产生的热量和ROS极易穿过细菌膜，极大地扰乱了细菌的新陈代谢，从而实现了快速消除。更重要的是，两种体内感染小鼠模型均证实了MCbio-HJ不仅有效加速MRSA感染的皮肤再生，且在涂敷在骨科植入物上后显著促进了感染骨缺损的骨结合。正如设想的那样，该研究展示了一种具有强大抗菌作用的新型治疗方法，可通过激活类感受态细胞来修复感染伤口的组织再生。
抗生素的出现挽救了无数遭受细菌感染的生命，而抗生素的误用和过度使用则引发了抗生素耐药危机，已经在社会公众中普遍出现。抗生素耐药菌具有顽强的生命力，可以持续存活，转移到伤口深部且逃脱免疫反应，随后扩大炎症反应来延缓组织愈合过程，甚至导致死亡。据估计，2019年抗生素耐药细菌直接导致全球127万人死亡，预计到2050年将造成超过1000万人死亡。此外，患者住院治疗时间长，给社会造成巨大的经济损失。因此，迫切需要根据耐药细菌的特性开发有效的抗菌策略，快速消灭抗生素耐药菌以治疗与感染相关的组织再生。耐药菌通过降低细胞膜的通透性来阻止抗生素的进入，从而达到了逃避抗生素攻击的目的。亟待解决细菌膜直接将药物拒之门外，使其几乎无法发挥作用的问题。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）通过增强氨基苯甲酸酯（pABA）的生物合成来降低膜通透性，是医院和社区感染中最普遍和最有害的病原菌之一。光疗被认为是治疗细菌感染的潜在替代方案，主要包括光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）。值得注意的是，PTT产生的高温会破坏膜结构并增强细菌膜的渗透，从而产生相当大的杀菌效果。然而，热休克蛋白（HSP）提高了细菌的耐热性并降低了温度的影响，但光热剂产生的高热量会损害伤口周围的健康组织，从而限制了PTT的应用。此外，PDT产生的活性氧（ROS）是另一种通过氧化还原反应进行杀菌的有力武器，能够根除病原菌。不幸的是，抗生素耐药细菌的膜通透性降低抵消了ROS的进入，阻碍了细胞内结构的破坏，难以实现细菌根除。因此，增强细菌膜的通透性可能会增强光疗对病原菌的清除效果。图1 MCbio-HJs的制备及抗菌机制示意图（摘自Advanced Materials ）感受态细胞（如感受态大肠杆菌）能够显著增强的膜通透性和外源DNA的非选择性摄取等，被广泛用作DNA扩增的载体，通常由电穿孔或化学转化法诱导。钙离子（Ca2+）通过络合反应促进形成膜磷脂双层的液晶结构，并促进细菌细胞外膜和内膜的分离，通常用于诱导感受态细菌。Ca2+诱导的膜通透性变化持久而稳定，使病原菌更容易受到光敏剂产生的热量和ROS的影响。因此，将病原菌塑造成类感受态细胞状态可能会达到意想不到的杀菌效果。该研究创新性地提出了一种类感受态细胞抗菌策略概念，制备MXene/CaO2生物异质结（MCbio-HJs）来促进感染性皮肤伤口愈合并加速感染性骨缺损再生。其中，MXene（Ti3C2）是一种过渡金属碳化物，具有优异的光热性能，但较差的动态效应限制了其应用。过氧化钙（CaO2）是一种优良的前驱体，水解后释放过氧化氢（H2O2）和Ca2+，释放的Ca2+激活病原菌的类感受态细胞状态，产生的H2O2可以增强抗菌性能。因此， MCbio-HJs的光疗性能显著增强，并通过类感受态细胞抗菌策略实现优异的抗菌效果。具体而言，MCbio-HJs释放的Ca2+增强了膜的渗透性，破坏了耐药细菌的外部防御。随后，光动力疗法产生的ROS极易穿过细菌膜，在细菌内积聚，通过对耐药细菌的结构和功能造成灾难性的破坏而发挥杀菌作用。因此，与其他抗菌疗法（如抗生素、Ag抗菌策略、单一模式PTT或PDT）相比，类感受态细胞抗菌疗法对抗生素耐药性和正常致病菌均具有更快、无耐药性和高效的抗菌性能。此外，体外细胞相容性评估和体内感染组织再生评估，证明了MCbio-HJs在治疗细菌感染和促进组织再生方面的非凡潜力。总得来说，该研究为解决抗生素耐药性的问题和推进组织再生领域的技术发展提供了一个新策略。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202414111?saml_referrer![]()
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