华科Adv. Sci.: 具有可切换光活化氧化酶模拟活性和pH响应性抗氧化活性的智能碳点用于选择性抗菌治疗

文摘   2024-09-04 11:47   中国澳门  

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背景介绍



请简述Introduction部分

在引言部分,论文首先指出抗生素在临床抗菌治疗中被广泛使用了近一个世纪,但由于抗生素滥用和细菌进化,抗药性问题日益严重,成为公共健康的重大威胁。特别是耐药性细菌感染对人类生命和健康构成了严重威胁,因此开发高效的抗菌剂以避免抗药性引起了公众和研究者的高度关注。

接着,论文讨论了天然酶作为生物催化剂在特定生化反应中的应用,能够催化H₂O或O₂生成活性氧(ROS),有效杀死细菌。然而,天然酶的高成本、低稳定性和苛刻的催化条件限制了其广泛应用。因此,研究者们开发了替代方案,如固定化酶、转化酶和纳米酶等,其中纳米酶因其优良的物理化学性质和高稳定性而受到关注。

论文进一步强调了氧化酶(OXD)模拟纳米酶的优势,因为它们能够在没有H₂O₂的情况下催化生成ROS,克服了过量ROS对正常细胞的潜在损害。然而,现有的纳米酶在催化活性方面缺乏可控性,导致可能产生过量的ROS。因此,开发环境响应型纳米酶,能够根据环境光和pH动态调节活性,成为研究的热点。

最后,引言部分指出,开发具有可调节活性的纳米酶,能够在不同的治疗阶段根据微环境的变化智能切换其活性,将为抗菌治疗提供新的思路。论文提出了一种基于芹菜的碳点(CECDs),具有可切换的光激活氧化酶模拟活性和pH响应抗氧化活性,旨在实现选择性抗菌治疗。

相关成果以标题为Intelligent Carbon Dots with Switchable Photo-Activated Oxidase-Mimicking Activity and pH Responsive Antioxidant Activity Adaptive to the Wound Microenvironment for Selective Antibacterial Therapy发表在Advanced Science上。通讯作者为华中科技大学同济医院创伤外科易成腊教授,华中科技大学同济药学院江明副教授,余旭副教授和徐丽教授。


图文导览




请简述论文中每张图片做了什么

以下是论文中每张图片的简要说明:

图1:展示了CECDs的表征结果,包括荧光和UV-Vis光谱,显示CECDs在紫外光照射下的蓝色荧光特性,以及透射电子显微镜(TEM)图像,表明CECDs的形态和结构特征。此外,X射线光电子能谱(XPS)分析结果揭示了CECDs中存在的元素及其化学状态。
图2:研究了CECDs的光激活氧化酶模拟活性。图中展示了在不同pH条件下,CECDs与TMB反应的UV-Vis吸收光谱,表明其在pH 5时的最佳催化活性,以及光照开启和关闭时催化活性的阶梯式变化,进一步验证了其光敏性。
图3:评估了CECDs的自由基清除能力。图中展示了在不同pH条件下CECDs对ABTS自由基的清除率,表明其在中性或弱碱性环境下具有较强的抗氧化能力,并且清除能力与CECDs浓度相关。
图4:展示了CECDs的体外抗菌活性。图中比较了CECDs在不同浓度和照射时间下对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌效果,结果显示CECDs对金黄色葡萄球菌具有选择性抗菌活性,而对大肠杆菌无效。
图5:展示了CECDs在小鼠皮肤感染模型中的体内抗菌和促进伤口愈合的效果。图中包括不同时间点的伤口照片、伤口面积统计、细菌克隆计数和组织切片的H&E及Masson染色结果,表明CECDs联合光照显著加速了伤口愈合并有效消除了感染细菌。
图6:评估了CECDs的生物相容性。图中展示了CECDs对正常细胞(HUVECs)的细胞毒性测试结果,表明CECDs在不同浓度下对细胞几乎没有毒性,并且未引起明显的溶血反应。
图7:展示了CECDs对小鼠主要器官的组织切片H&E染色结果,表明CECDs对组织和器官几乎没有毒性,支持其良好的生物相容性。
这些图像共同支持了论文的主要结论,即CECDs作为一种智能抗菌纳米药物,具有良好的抗菌活性和生物相容性。


结论与展望



本论文的结论

本论文总结了基于芹菜的碳点(CECDs)在抗菌治疗中的潜力。研究表明,CECDs具备可切换的活性氧生成和清除能力,能够在弱酸性环境中通过光激活产生ROS以实现抗菌目的,而在接近生理pH的环境中则表现出抗氧化活性以清除ROS,从而促进伤口愈合。这种ROS生成与清除能力的智能转换是动态的、循环的,并且与治疗不同阶段的微环境pH变化相一致。

通过体外和体内的抗菌实验,CECDs显示出对革兰阳性细菌的选择性抗菌活性,能够有效消除感染伤口中的细菌和多余的ROS,促进伤口愈合。此外,CECDs在细胞、组织和器官中表现出良好的生物相容性,没有明显的毒性,并且促进了细胞迁移。

综上所述,CECDs作为一种智能抗菌纳米酶,利用传统中药芹菜作为原料,提供了一种新的设计思路,具有良好的临床应用前景。


文献链接:(长按二维码直达)

https://doi.org/10.1002/advs.202406681

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