背景介绍

随着抗生素滥用的增加，耐药性细菌感染再次成为严重挑战。然而，新型抗生素的研发无法满足临床需求，因此迫切需要替代的非抗生素抗菌策略，以应对耐药性细菌感染。抗菌光动力疗法（APDT）由于其可控的治疗模式及作为一种临床批准的光动力治疗方法，在抗菌领域得到了广泛的关注，其在适当波长的光下，光敏剂可产生局部ROS，导致细菌膜和其他生物分子的不可逆氧化损伤。由于其活性氧的非特异性作用机制和低致突变性，APDT具有广谱抗菌效果且不易产生耐药性。其次，大多数光敏剂具有固有的发光特性，使得光敏剂能够作为一种细菌感染检测的光学探针。因此，能够将诊断和治疗功能集成到APDT系统中，作为诊疗平台，用于精准的抗菌治疗。目前，多功能APDT平台的开发仍处于早期阶段。其原因包括传统光敏剂的聚集诱导猝灭效应所带来的限制，以及APDT平台的诊断潜力受到其非特异性的“always on”成像模式的阻碍。此外，APDT的抗菌性能受到细菌感染微环境中硫化氢的影响，导致抗菌效果降低。因此，理想的多功能APDT系统应同时满足感染特异性成像和抗H₂S干扰ROS产生的要求。

江南大学林恒伟教授课题组报道了一种具有细菌感染性微环境中过表达硫化氢刺激响应性的铜、二氢卟吩纳米组装体（Cu-Ce6 NAs）。Cu-Ce6 NAs具有以下特点：1) Cu-Ce6 NAs的荧光与光敏性能在正常生理条件下处于一种 “off”状态，而当材料处于感染区域时，过表达的H₂S能够开启材料的荧光成像和APDT功能，从而促进成像引导的精准抗菌治疗和最大限度地减少治疗副作用； 2) 由于组装材料中Cu²⁺ 对硫化氢的有效消耗，实现了放大的氧化应激和增强的 APDT 效率，使 Cu-Ce6 NAs 对感染性微环境具有良好的适应性； 3) 基于多模式的抗菌策略能够有效降低细菌耐药性的产生。这些特性使 Cu-Ce6 NAs 成为精确识别细菌感染和通过增强 ROS 生成实现高效 APDT 的有前途的细菌感染诊疗平台。

相关研究成果以“Controllable Assembly of Cu²⁺ and Chlorin e6 for H₂S-Activatable Recognition of Bacterial Infection and Enhanced Antibacterial Therapy”为题发表在Advanced Healthcare Materials上。通讯作者为江南大学林恒伟教授、孙山副教授，第一作者为博士研究生王恒刚。

图1： Cu-Ce6 NAs 的可控组装机理和H₂S 激活的细菌感染成像及增强的 APDT的应用示意图。

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图2：Cu-Ce6 NAs 的可控合成及材料表征

图3：细菌感染成像及脓肿治疗评估

结论

这项工作中，作者通过采用一种极简策略，使用 Cu²⁺ 和 Ce6 两个简单的单元构建了一个智能抗菌平台（即 Cu-Ce6 NAs）。结果表明，采取合适的组装条件（pH、原料比例、溶剂）对于实现所需的响应性至关重要。利用纳米组件中的 Cu²⁺ 与感染部位过量产生的 H₂S 之间的高反应性，可以在细菌感染微环境中特异性触发 Cu-Ce6 NAs 的分解。这不仅导致 Ce6 的释放用于荧光成像和广谱 APDT，而且H₂S 的消耗放大 ¹O₂ 的生成从而增强抗菌治疗。这项工作可能为解决 APDT 的重要瓶颈提供一种有前途的策略。