【材料】光热效应和抗菌药物的结合：1+1>2！
细菌是地球生态圈中不可缺少的一部分，也是所有生物中数量最多的一类。人类利用细菌改善生活的同时也饱受细菌的危害，许多疾病如肺结核、炭疽病等都是由细菌引发的。目前治疗细菌感染最有效的方式便是使用抗菌药物如抗生素，但随着抗生素的广泛使用，越来越多的细菌产生了抗药性，这些抗药性细菌的出现严重威胁着人类的身体健康。因此，人们急需其他抗菌途径来抵抗细菌感染。目前，除了抗生素之外，还有许多物质也表现出了良好的抗菌效果，如一些纳米颗粒和非金属抗菌物质，但它们或者具有非特异性的生物毒性，或者具有漫长的代谢过程，又或者难以合成，这些缺陷都严重限制了它们在临床上的应用。
图1. 光热-抗菌药物结合的抗菌系统示意图
（图片来源：Biomaterials）
近日，东南大学吴富根教授报道了一种对抗细菌感染的水凝胶药物贮库系统PDA NP-Cip/GC（简称Gel-Cip）。该系统由三部分组成：具有光热效应的聚多巴胺（Polydopamine, PDA）纳米颗粒，具有抗菌性的环丙沙星（ciprofloxacin, Cip），富含氨基的交联剂乙二醇壳聚糖（Glycol Chitosan, GC）。该系统在近红外光的照射下不仅能释放出抗菌药物，而且能产生足够杀死细菌的高温。该研究成果以“Near-infrared light-controllable on-demand antibiotics release using thermo-sensitive hydrogel-based drug reservoir for combating bacterial infection”为题发表于Biomaterials(DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.09.045)。
图2. a）Gel-Cip的合成路线；b）聚多巴胺纳米颗粒负载Cip前后表面电势的变化；c）Gel-Cip的光热效应；d）Gel-Cip在光照条件下药物的释放情况
（图片来源：Biomaterials）
水凝胶的制备并不复杂，作者首先将环丙沙星与聚多巴胺纳米颗粒进行混合，前者会因为π-π堆积作用及氢键而吸附到后者上（图2a）。之后，聚多巴胺纳米颗粒上的醌基可以与一些亲核试剂发生反应，因此可以与乙二醇壳聚糖进行交联而得到所需要的水凝胶Gel-Cip（图2a）。在负载Cip之后，聚多巴胺纳米颗粒的zeta电位从负变为正（图2b），作者表示这种表面电势的变化更加有利于细菌的吸附。而在得到了Gel-Cip后，作者对其光热效应及药物释放的能力进行了测定，结果表明该水凝胶在光照下不仅能让体系的温度快速升高（图2c），而且能加快药物释放的速率（图2d）。
图3. a）Gel-Cip在体外的抗菌效果；b）Gel-Cip在活体中的抗菌效果
（图片来源：Biomaterials）
在了解了Gel-Cip的基本性质后，作者便开始研究其抗菌性能。结果发现单独的光照（NIR）、聚多巴胺纳米颗粒（PDA NPs）及水凝胶（Gel）并没有表现出对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌性（图3a），而经光照的聚多巴胺纳米颗粒（PDA NPs+NIR）及水凝胶（Gel+NIR）则会由于聚多巴胺纳米颗粒的光热性起到一定的抑菌作用。相比之下，使用抗菌药物的效果更好（Cip和Cip+NIR）。但是，如果不进行光照，水凝胶中的Cip释放得较为缓慢，在一定时间内其（Gel-Cip）抗菌效果没有直接使用Cip明显，而光照后的Gel-Cip（Gel-Cip+NIR）完全抑制了细菌的生长。基于良好的体外抗菌实验结果，作者进一步进行了活体的抗菌实验研究，也获得了类似的实验结果（图3b）。
全文亮点：多系统协同合作往往能发挥1+1>2的效果，作者将光热及抗菌药物结合在一起，实现了超高效的抗菌效果。
全文作者：Ge Gao, Yao-Wen Jiang, Hao-Ran Jia, Fu-Gen Wu。
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