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电动力疗法(EDT)是一种很有前途的抗菌疗法替代方法，因为活性氧(ROS)是在电场作用下有效产生的，而不依赖于内源性H2O2和O2。然而，金属催化剂和治疗过程中的多种细菌毒素的固有毒性仍然阻碍了其发展。
2024年10月18日，北京化工大学徐福建、赵娜娜、张凯共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“Biomimetic Electrodynamic Metal-Organic Framework Nanosponges for Augmented Treatment of Biofilm Infections”的研究论文。该研究开发了由姜衍生的细胞外囊泡(EV)和电动力金属有机骨架(MOF)组成的仿生金属有机(MOF@EV)纳米海绵，用于消除细菌感染和吸收毒素。
MOF@EV在体内的循环时间延长，有利于它们在感染部位的积累。更有趣的是，MOF@EV可以充当纳米海绵，有效阻止宿主细胞与细菌毒素结合，从而减少对细胞的损害。随后，发现MOF@EV纳米海绵可作为电敏化剂，这通过理论计算和实验验证得到了证实。从而在电场作用下不断产生ROS，实现EDT介导的有效细菌清除。同时，在感染表达荧光素酶的金黄色葡萄球菌（S.aureus）的小鼠中可视化了MOF@EV在体内的治疗过程，并在皮下脓肿模型中展示了良好的生物膜清除能力和解毒效率。该工作为细菌感染的治疗提供了一种有希望的策略。
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细菌感染仍然是全球范围内的重大健康问题，抗生素耐药性细菌的出现导致迫切需要新的非抗生素治疗策略。大量的观察表明，活性氧（ROS）介导的治疗方法在抗菌治疗中具有潜力，因为ROS是一种高活性分子，能够破坏细胞膜、DNA和蛋白质，最终导致细菌消灭，例如光动力疗法（PDT）、声动力疗法（SDT）和电动力疗法（EDT）。其中，EDT利用电场激活电敏剂将H2O转化为ROS，而不受内源性过氧化氢（H2O2）和氧气（O2）的限制，在对抗细菌感染方面具有独特的优势。目前，铂（Pt）基贵金属纳米粒子通常被用作EDT介导抗菌治疗的电敏剂。本课题组构建了Pd-Pt纳米片作为高效的电敏剂用于细菌的根除，它可以通过对细菌的高亲和力促进ROS的产生，从而促进细菌表面H2O的解离。然而，金属基电敏剂的固有毒性严重阻碍了EDT介导的抗菌治疗在临床上的应用。因此，开发安全的电敏剂仍然是实现有效抗细菌感染的EDT的主要挑战。金属有机骨架（MOF）是由有机分子和无机金属离子或簇组成的多孔纳米材料。由于有机分子和金属离子的多样性以及无限可能的结构，MOF在抗菌感染领域受到了广泛关注。最近，基于卟啉的MOF因其高产生ROS的能力而被广泛用作抗菌治疗中的光敏剂/声敏剂，迄今为止从未将ROS用作对抗细菌感染的纳米电敏剂。值得注意的是，受益于独特的大共轭π体系和半导体特性，卟啉被广泛应用于电催化反应，例如水分解、二氧化碳还原和氧气还原。因此，作者可以合理地假设基于卟啉的MOF可以作为纳米电敏剂用于EDT介导的细菌感染治疗。此外，MOF的多孔结构有利于ROS的扩散，这有望导致ROS的有效递送以增强体内抗菌治疗。MOF@EV的制备示意图及抗菌机理（图源自Advanced Science ）细菌感染不仅会对宿主生物体造成直接的伤害，更重要的是细菌分泌的大量毒素会对正常细胞造成不可逆的损伤。大量研究表明，有效抑制细菌毒素可以大大降低细菌感染的严重程度。然而，目前中和毒素的方法依赖于针对每种特定毒素的分子结构设计，由于细菌种类的多样性和毒素的复杂性，限制了抗菌治疗的效率。因此，需要根据毒素的功能开发新的中和策略来中和广谱的毒素。通常，细菌毒素在识别宿主细胞的过程中表现出较高的特异性和亲和力，这主要归因于它们与细胞膜上的特定受体（脂质和蛋白质）的密切相互作用。例如，作为细胞膜重要成分的磷脂酰胆碱已被确定为革兰氏阳性金黄色葡萄球菌（S.aureus）分泌的α-溶血素的特异性受体。植物来源的外泌体具有典型的磷脂膜结构并保留了生物成分，被认为是在保留正常宿主微生物群的同时中和各种毒素的有希望的候选者。因此，用姜衍生的细胞外囊泡（EVs）伪装纳米电敏剂可以成为中和毒素的有效策略，最终增强体内抗菌能力。本文通过简单的溶剂热法，以Zr2+和内消旋四（4-羧苯基）卟啉（TCPP）为原料，合成了具有电催化活性的MOF，再涂覆生姜衍生的EVs，制备了仿生多功能抗菌纳米海绵（MOF@EV）（方案1）。仿生纳米海绵具有良好的毒素吸附能力，在电场作用下能高效产生ROS。MOF@EV适当的负电位可以阻止非特异性蛋白质结合，延长其在体内的循环时间，从而实现在细菌感染部位的有效蓄积。此外，体外结果表明MOF@EV可以实现有效的抗菌作用，并降低细菌毒素的溶血活性。因此，这些仿生MOF纳米海绵为EDT介导的抗菌应用提供了一种有前途的纳米电敏化剂。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202408442![]()
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