第一作者：Haihua Luo
通讯作者：Huan Xu、Qiong Wu
通讯单位：武汉科技大学
研究速览
最近，武汉科技大学Huan Xu和Qiong Wu团队在《Carbohydrate Polymers》期刊上发表了光动力疗法联合季铵化壳聚糖抗菌策略，用于即时和长期的细菌感染治疗的文章。耐药细菌感染是一项关键的全球公共卫生挑战，主要是由抗生素的误用和过度使用造成的。应对日益增长的细菌耐药性威胁需要开发独立于传统抗生素发挥作用的创新抗菌剂。在这项研究中，通过将季铵化壳聚糖与光敏剂二氢卟酚 e6 共轭来合理设计新型抗菌纳米胶束。这些纳米胶束促进了二氢卟酚 e6 的溶解度和稳定性，同时在 660 nm 激光照射下保持了强大的单线态氧生成。带正电荷的纳米胶束促进了与细菌表面的强静电相互作用，促进了有效的粘附并实现了由单线态氧介导的有效光动力抗菌活性。体外实验表明，纳米胶束表现出即时和持久的抗菌作用，有效抑制细菌增殖，而不会诱导耐药性和破坏成熟的生物膜。此外，结合激光处理，纳米胶束表现出显着的体内抗菌功效，显着加速感染耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的皮肤伤口的愈合，同时保持良好的生物相容性。这些发现强调了纳米胶束作为一种有前途的非抗生素抗菌制剂的潜力，提供了一种对抗耐药细菌感染的强大策略，并为其在感染管理中的临床应用铺平了道路。
要点分析
要点一：通过水溶性QCS与Ce6的共价偶联合成了QCS-Ce6纳米胶束，建立了一个有效的细菌感染治疗APDT平台。这种组合策略有望提高Ce6的稳定性和水溶性，同时保持其光动力功效。对QCS-Ce6纳米胶束的系统工程进行了深入研究，随后对其生物相容性和光动力性能进行了全面评估。抗菌平台中存在一种潜在的双重作用模式，涉及Ce6介导的光动力活性和QCS诱导的物理破坏。因此，在探索可能的抗菌机制的同时，进一步评估了QCS-Ce6的即时和长期抗菌作用。最后，在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）感染的小鼠模型中证明了QCS-Ce6纳米胶束的治疗潜力。这些发现表明，季铵化壳聚糖自组装促进的高效光动力疗法作为临床抗菌应用的候选者具有巨大的前景。
方案 1.（A）QCS-Ce6纳米胶束的制备过程示意图和（B）其在体内的即时灭菌和延长抗菌作用。
图文导读
图 1.（A）QCS-Ce6纳米胶束的TEM图像。（B）QCS和QCS-Ce6的FT-IR光谱，（C）C 1s，（D）N 1s和（E）O 1s XPS高分辨率光谱。（F）QCS、Ce6和QCS-Ce6的紫外-可见吸收光谱和（G）荧光发射光谱（在405 nm激发）。（H）QCS-Ce6纳米胶束的流体动力学尺寸和（I）Zate电位。
图 2. QCS-Ce6的光学性质。（A）使用DPBF作为1O2特异性指示剂的示意图。DPBF与（B）水、（C）QC、（D）Ce6、（E）QCS-Ce6在不同时间的照射（660 nm 100mW/cm2）下的吸收。（F）各组DPBF在420处的相对吸收随不同照射时间的衰减曲线。（G）Ce6和（H）QCS-Ce6在100 mW/cm2激光照射不同时间下的紫外-可见吸收。（I）照射5分钟后Ce6和QCS-Ce6的紫外-可见吸收下降。
图 3. 体外光动力抗菌和抗生物膜活性。用连续浓度的Ce6和QCS-Ce6（A）不使用和（B）使用光源照射（660 nm，100mW/cm2）处理的金黄色葡萄球菌的存活率。（C）菌落图像和（D）用PBS、QCS、Ce6、QCS-Ce6、Ce6+光照和QCS-Ce6 +光照（0.063 μg/mL Ce6）处理的金黄色葡萄球菌活力的定量分析。（E）用LB、QCS、QCS-Ce6和QCS-Ce6 +光照处理的金黄色葡萄球菌的生长曲线。（F）QCS-Ce6 +光照和阿莫西林三水合物对金黄色葡萄球菌的抗菌耐药性测试。(G)各种群体根除成熟金黄色葡萄球菌生物膜的能力。(H)各组对金黄色葡萄球菌生物膜的抑制作用。
图4. 体外抗菌机制。(A) PBS、QCS、Ce6和QCS -Ce6处理0.5 h后金黄色葡萄球菌的流动荧光分析和(B) Zeta电位。(C)不同处理后的405 nm吸光度。(D)金黄色葡萄球菌通过AO（green, live bacteria)）和PI（red, dead bacteria）染色的荧光图像。(E) 260 nm吸光度法测定不同处理下金黄色葡萄球菌的DNA漏出量。(F)不同处理组金黄色葡萄球菌的SEM形态学图像（红色箭头表示受损细菌）。
图 5.QCS和QCS-Ce6的体外生物相容性试验。（A）不同QCS-Ce6浓度处理后RBC的溶血率（代表溶血试验的图像）。通过MTT测定（B）HUVEC和（C）3T3细胞在不同浓度的QCS和QCS-Ce6下24小时的细胞活力。与QCS和QCS-Ce6直接接触24小时后（D）HUVEC和（E）3T3细胞的活/死染色的荧光图像。
总之，先进的QCS-Ce6纳米胶束系统被合理设计以提供即时和长期的抗菌效果。作为一种有效的载体，QCS不仅稳定和增强了Ce6的溶解度，而且最大限度地提高了其光动力学能力。QCS-Ce6的带正电荷的表面通过静电相互作用确保了强大的细菌靶向性，当与660 nm辐射结合时，能够实现快速和延长的抗菌效果。重要的是，QCS-Ce6避免诱导细菌耐药性，这是优于传统抗生素的显著优势，并在抑制生物膜形成和根除成熟生物膜方面表现出非凡的功效。体内研究进一步验证了其治疗潜力，证明通过有效根除细菌、减少炎症、促进胶原沉积和增强上皮再生，显著加速了MRSA感染伤口的愈合，而不会对主要器官造成损害。这种尖端配方提供了一种强大的非抗生素策略来对抗耐药细菌，为治疗细菌感染的临床应用提供了宝贵的见解。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.123147
参考文献：Haihua Luo, Huan Xu, Hongli Zhang, Xiangming Li, Qiong Wu, Tian Gao. Photodynamic therapy combined with quaternized chitosan antibacterial strategy for instant and prolonged bacterial infection treatment.
Carbohydrate Polymers
DOI: 10.1016/j.carbpol.2024.123147
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