北化徐福建教授/俞丙然教授团队、北京协和医院睢瑞芳教授 AFM：靶向性光动力抗菌纳米组装材料用于多药耐药生物膜感染的角膜炎治疗
2017年，世界卫生组织确认铜绿假单胞菌为致命性1级病原体，是眼科感染中最常见的菌种。铜绿假单胞菌具有天然的耐药性、高致死性并且易于形成稳定的生物膜，铜绿假单胞菌的这些特性导致越来越多的临床抗生素无效的多药耐药铜绿假单胞菌的出现。由铜绿假单胞菌形成的生物膜是细菌性角膜炎的主要致病原因，可能会导致角膜穿孔甚至失明。抗菌光动力疗法(aPDT)是一种针对多药耐药细菌的有效杀菌方法。然而，广谱aPDT不分青红皂白地杀灭细菌，可能会导致微生物群失衡，并对正常细胞产生细胞毒性。因此，需要开发能够特异性杀死特定病原菌而不引起微环境失衡或破坏正常宿主哺乳动物细胞的光动力抗菌材料。综上所述，开发新型的针对铜绿假单胞菌生物膜中的铜绿假单胞菌特异性杀伤的抗菌光动力材料具有重要意义。
图1. a.多药耐药铜绿假单胞菌靶向性光动力纳米组装材料的合成路线以及生物学应用。b. PαGal50-b-PGRBn多药耐药铜绿假单胞菌选择性结合与杀伤。c. PαGal50-b-PGRBn杀菌机制研究。d. PαGal50-b-PGRBn杀菌机制示意图。
首先通过激光共聚焦观察发现，负电性的PαGal50-b-PGRBn可以通过α-D半乳糖与铜绿假单胞菌的Lec A凝集素特异性结合进入细菌内部。体外抗菌实验证明，在光照的情况下PαGal50-b-PGRBn可以通过ROS机制特异性杀伤铜绿假单胞菌，而不对同为革兰氏阴性菌的大肠杆菌杀伤。体内外生物安全性实验证明PαGal50-b-PGRBn倾向于跟铜绿假单胞菌结合而不跟正常细胞结合，因为表现出较好的生物相容性。同时，PαGal50-b-PGRBn在15分钟内可以实现对多药耐药铜绿假单胞菌生物膜的快速渗透，在30分内可以有效解散生物膜。在渗透和消散后，再结合光动力杀菌，可以有效实现对多药耐药铜绿假单胞菌生物膜的清除。
此外，作者在兔眼角膜耐药菌感染模型上进一步验证了材料的杀菌抗生物膜性能。实验结果表明，所设计的光动力抗菌材料可以有效的杀死来自临床的多药耐药铜绿假单胞菌，并降低感染部位炎症因子的表达。这项研究展示了一种灵活的杀菌消散生物膜的靶向性光动力治疗手段，在各种多药耐药铜绿假单胞菌感染中存在应用前景。
图2. a. PαGal50-b-PGRBn对多药耐药铜绿假单胞菌生物膜的渗透解散和杀伤。b. PαGal50-b-PGRBn对药耐药铜绿假单胞菌生物膜感染的兔角膜炎动物模型。
论文第一作者为北京化工大学材料科学与工程学院博士生朱艺文和北京协和医院博士生吴世靖，论文通讯作者为北京化工大学材料科学与工程学院徐福建教授、俞丙然教授和北京协和医院睢瑞芳教授。北京化工大学为论文第一完成单位，该研究得到国家自然科学基金的资助支持。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202111066
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