华南理工唐本忠院士团队冯光雪教授、秦安军教授合作《ACS Nano》：一种通用的阳离子化分子工程策略用于光动力治疗细菌感染

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近年来，由细菌感染引起的疾病迅速增长，严重危及人类生命安全。抗生素滥用导致的抗生素耐药菌株和超级细菌的出现导致了许多常规抗菌药物的失败。光动力治疗（PDT）作为一种新兴的治疗方法几乎不受到细菌耐药性的影响，成为一种有潜力的抗菌治疗方式，但仍然受到聚集态和低氧微环境中活性氧（ROS）生成受损的限制。最近，具有自由基型活性氧产生能力的I型聚集诱导发光（AIE）光敏剂同时克服了上述问题，成为乏氧PDT中高效光敏剂的强有力的候选。但非常遗憾的是目前很少有报道用于抗菌感染应用的I型光敏剂，并且也缺乏开发I型光敏剂的通用策略。

近期，华南理工大学唐本忠院士团队冯光雪教授、秦安军教授合作开发了一种通用的阳离子化分子工程策略用于PDT治疗细菌感染。该策略可以放大ROS，尤其是I型ROS的产生，同时引入了对病原体广谱的结合能力，有望成为设计高效的I型光敏剂，尤其是用于抗菌治疗的I型光敏剂的通用策略（图1）。

图1. 阳离子化分子工程策略用于光动力治疗耐药细菌感染示意图

作者设计合成了AIE光敏剂TBZPy，CTBZPy并进一步通过吡啶阳离子化得到对应的阳离子化产物TBZPyI和CTBZPyI（图2）。阳离子化引入了具有更强电子接受能力的新受体（甲基吡啶鎓基团），从而以更好的HOMO-LUMO分离实现更低的ΔE_ST，促进更有效的ISC过程。此外，引入阳离子受体还增加了分子内ICT效应，增强了电荷的分离和转移能力，极大地促进了I型ROS的产生。实验和理论模拟结果均表明，阳离子化可以显著提高AIE光敏剂的ROS产生效率，尤其是HO^•的生成（图3）。此外，阳离子化还为这些AIE光敏剂提供了广谱的细菌结合能力，甚至对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）这种超级细菌也是如此（图4）。CTBZPyI卓越的抗菌性能也在体外抗菌实验（图4）及MRSA感染伤口的体内PDT实验（图5）中得到证实。该工作以“Cationization-Enhanced Type I and Type-II ROS Generation for Photodynamic Treatment of Drug-Resistant Bacteria”为题发表在《ACS Nano》上。 

图2. TBZPy, CTBZPy, TBZPyI, CTBZPyI的分子结构式。

图3. 光敏剂活性氧产生效率及类型检测。

图4. CTBZPyI病原体靶向性及体外抗菌结果。

图5. CTBZPyI体内光动力治疗结果。

原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c01206

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