第一作者： Feng-Rui Xu, Guo-Ling Zhang, Kai Zhang
通讯作者：冯海涛
通讯单位：宝鸡文理学院
研究速览
最近，宝鸡文理学院冯海涛团队在Aggregate期刊上发表了基于 TPA-Py@AuNCs⊂BSA 的广谱纳米抗生素用于耐药菌和伤口感染的多模式协同治疗的文章。为了满足生物医学应用对抗菌剂的高要求，探索无耐药性和良好生物相容性的高效纳米抗菌剂来治疗感染伤口至关重要。在本研究中，复合纳米抗生素 TPA-Py@AuNCs⊂BSA 纳米颗粒 （TAB NPs） 使用空心介孔 Au 纳米笼 （Au NCs） 制备，该纳米纳米笼装有光敏剂（即 TPA-Py），具有 D-π-A 结构，显示出聚集诱导发射特性。当 TPA-Py 封装在 Au NCs 的腔中时，其荧光受到抑制。在光热诱导存在下，TPA-Py 可以从 Au NCs 中释放出来，从而恢复荧光照明和革兰氏阳性菌的特异性成像。TAB NPs 对多种细菌表现出出色的抗菌活性，并且这种多模式抗菌特性不会导致细菌耐药性的发展。体外实验表明，TAB NPs 可以消除细菌并消融细菌生物膜。体内实验表明，TAB NPs 的协同抗菌作用对感染伤口的治疗具有显著的积极影响，包括快速抗菌作用、促进 M2 巨噬细胞极化和增强慢性伤口愈合。本研究为开发用于消融细菌生物膜和治疗感染伤口的广谱纳米抗生素提供了一种有效的策略。
要点分析
要点一：成功开发了具有稳定和广谱抗菌性能的复合纳米粒子，证明了多模式协同抗菌作用。通过Stille和Suzuki-Miyaura偶联等反应合成了D-π-A结构的AIE活性光敏剂（TPA-Py）。使用高效液相色谱法（HPLC）评估样品的纯度，得到97.53%的纯度水平。此外，对TPA-Py进行了进一步的理论计算。由于其扭曲的分子结构，TPA-Py表现出AIE特征。随后，通过将TPA-Py负载到介孔AuNCs中并用牛血清白蛋白（BSA）包裹它们来制备TAB NPs。TAB NPs的稳定抗菌效果是通过PDT、PTT、机械破壁效应和金属离子抗菌性能的组合实现的。当TPA-Py包封在AuNCs的空腔中时，AIE光敏剂的荧光被抑制。在存在光热诱导的情况下，Au NCs中的AIE光敏剂被释放，允许荧光照明的恢复和革兰氏阳性细菌的特异性成像。值得注意的是，TAB NPs的多模式治疗作用导致大多数细菌生物膜在4小时内被破坏，而这种多模式抗微生物特性不会诱导细菌耐药性。感染伤口愈合模型表明，TAB NPs可以消除伤口中的感染细菌。此外，免疫荧光分析表明，TAB NPs可以促进M1型巨噬细胞向M2型巨噬细胞的转化，促进血管生成，并加速感染伤口的愈合。本研究成功地将AIE光敏剂与Au NCs结合制备纳米抗生素，并有效地利用各自组分的组成优势协同增强抗菌效果，展示了强大的广谱抗菌能力。
方案 1.用于治疗感染伤口的多模式、广谱纳米抗生素标签NPs的构建示意图。（A）制备TAB NPs的过程。（B）TAB NPs通过光动力疗法、光热疗法、物理断裂和离子抗菌功效用于细菌感染伤口愈合的机制。
图文导读
图 1.（A）Ag NCs、（B）Au NCs和（C）TAB NPs的透射电子显微镜（TEM）图像。（D） TPA-Py、AuNC、AuNCs⊂BSA和TAB NPs的紫外-可见（UV-vis）光谱。TAB NPs和Au NCs⊂BSA在水中，而TPA-Py在THF/水混合物中显示。（E） 不同材料的流体动力学尺寸和（F）ζ电位。（G） 含有等量TPA-Py的TAB NP的光致发光光谱。黑色曲线表示TPA-Py（1 μM）的荧光强度。红色曲线表示TPA-Py（1μM）与Au NCs（80 μg/mL）的荧光强度。蓝色曲线表示TPA-Py与Au NCs（160 μg/mL）的荧光强度。（H） TPA-Py在TAB NP中的负载能力和（I）负载效率。
图 3. TAB纳米粒子的抗菌活性评价。在辐射存在下，用不同浓度的TPA-Py、Au NCs和TAB NPs处理的（A）金黄色葡萄球菌和（B）大肠杆菌菌落的照片，然后孵育24小时。用不同浓度的TPA-Py、Au NCs和TAB NPs处理的（C）金黄色葡萄球菌和（D）大肠杆菌菌落的抗菌作用的定量分析。（E）金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在不同处理后的扫描电子显微镜（SEM）图像（Au NCs：128 μg/mL，TPA-Py：68.4 μg/mL，含有Au的TAB NPs：128 μg/mL，TPA-Py：68.4 μg/mL）。（F）与不同TAB NP孵育的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）菌落的定量分析。（G）用不同浓度（0、16、32和64 μg/mL）的TAB NPs处理的MRSA菌落的照片。(H)与TAB NPs(64、128和256 μg/mL)孵育后不同时间的MRSA存活。(I)细菌与TAB NPs和庆大霉素共培养12代后MIC值的变化。
图 4. TAB NPs对MRSA生物膜的消融作用评估和安全性评估。（A）MRSA生物膜形成过程的示意图。（B）添加PBS、Au NCs、TPA-Py和TAB NPs（Au NCs：64 μg/mL，TPA-Py：34.2 μg/mL，含有Au64 μg/mL和TPA-PY 34.2 μg/mL的TAB NPs）的MRSA生物膜消融的数字图像。（C）添加不同材料的定量生物膜消融百分比。（D）在不同浓度下用TAB NPs定量生物膜消融的百分比。（E）L-929在不同浓度的TAB NP下的细胞活力。（F）不同浓度的TAB NPs的溶血率，和（G）溶血的目测观察。
图 7. TAB NPs对感染伤口的治疗效率。（A）治疗大鼠感染伤口的实验程序。（B）治疗感染伤口的光热效应和（C）温度对应于不同的时间。（D）不同时期治疗伤口的代表性照片。（E）不同组伤口愈合过程示意图。（F）不同时间不同组伤口愈合面积统计。（H）从用不同材料处理的大鼠的感染伤口获得的细菌菌落的照片和（G）定量分析结果。(I)第7天不同组的姬姆萨染色。
结论
基于介孔Au NCs和AIE活性光敏剂TPA-Py组装的多峰协同抗菌纳米抗生素成功地实现了高效的广谱抗菌活性，同时对耐药菌表现出稳定可靠的抗菌性能。光敏剂TPA-Py具有产生有效ROS的能力。然而，其水溶性差限制了其应用。为了应对这一挑战，通过将光敏剂TPA-Py负载到AuNCs中来增强其分散性。在组装过程中，TPA-Py的荧光效应被抑制。然而，在光热效应的刺激下，AuNCs释放的TPAPy可以恢复其荧光，同时增加1O2的产生。抗菌评估显示，TAB NPs表现出显著的协同抗菌特性，包括对细菌的机械损伤、光热和光动力抗菌活性以及Ag+杀菌。这种多模式纳米治疗方法实现了稳定持久的抗菌效果，有效防止了耐药性的出现，消融了细菌生物膜，促进了伤口愈合。这些有希望的结果突出了这种纳米治疗剂在生物医学抗菌治疗领域的巨大潜力。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/agt2.699
参考文献：Feng-Rui Xu, Guo-Ling Zhang, Kai Zhang, Pu Chen, Qianqian Wang, Yuezhe Pan, Ben Zhong Tang, Hai-Tao Feng. Wide-Spectrum Nano-Antibiotics Based on TPA-Py@AuNCs⊂BSA for Multimodal Synergistic Therapy of Drug-Resistant Bacteria and Wound Infections.
Aggregate,2024;0:e699
DOI: 10.1002/agt2.699
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