无载体抗菌聚合物混合金纳米粒子作为金黄色葡萄球菌感染伤口愈合的协同治疗平台
原创 发布时间:2022-08-23 浏览次数: 1507 来源: 张伟培

核心提示:面对日益严重的细菌耐药问题,迫切需要寻求新的广谱、高效、低毒的抗耐药菌药物和抗菌策略。通过纳米材料递送抗生素或抗菌药物以减少药物剂量同时提高抗菌效率的方法被认为是一种很有前景的抗菌策略。


  面对日益严重的细菌耐药问题,迫切需要寻求新的广谱、高效、低毒的抗耐药菌药物和抗菌策略。通过纳米材料递送抗生素或抗菌药物以减少药物剂量同时提高抗菌效率的方法被认为是一种很有前景的抗菌策略。

  然而,在光热疗法(PTT)的纳米材料中,金纳米粒子(Au NPs)由于其良好的光热性能和优异的生物安全性,在光热抗肿瘤和抗菌应用领域受到了广泛关注。小尺寸或表面电荷的Au NPs不够稳定,它们容易积累并导致光热性能急剧下降。因此,大多数研究人员通过改变金纳米粒子和小分子的表面活性来提高纳米材料的光热性能和生物活性。其中,聚六亚甲基双胍(PHMB)广泛用于医疗产品,例如消毒眼药水、隐形眼镜、消毒剂等。根据以往的研究报道,PHMB可以通过非特异性结合细胞膜上的脂肪酸来破坏细菌的细胞膜结构。此外,PHMB 可导致细胞壁损伤、膜流动性降低、离子、ATP 和蛋白质从细胞中泄漏,最终导致细菌死亡。然而,临床治疗过程中难以避免浓度依赖性,过量使用PHMB会带来一定的副作用。

  在此,为了开发新的高效抗菌剂和抗菌策略,PHMB和Au NPs通过无载体策略的自组装实现了自交付。通过表征证实了自递送系统,并研究了 PHMB@Au NPs 对金黄色葡萄球菌的抗菌和抗生物膜活性。

  PHMB@Au NPs 制备的示意图,以及体内杀菌作用促进感染伤口愈合的机制评估


  PHMB@Au NPs 的光热性能


  PHMB@Au NPs的光热转换效率与浓度有关(图 A)。

  PHMB@Au NPs 的温度变化表现出与功率密度相关的光热性能(图 B)。

  PHMB@Au NPs 在潜在的连续光热消除细菌方面的良好光热性能(图 C)。

  根据加热和冷却曲线(图 D)和相应的热时间常数(τs),确定光热转换效率(η)为54.2% 。功能化的 PHMB@Au NPs 具有良好的光热性能和光热抗菌活性的基本条件。

  PHMB@Au NPs 的体外抗菌活性


  如图 A 所示,Au NPs 和 PHMB@Au NPs 经金黄色葡萄球菌处理后,在激光照射下系统温度明显升高,PHMB@Au NPs 系统的高度温度高于Au NPs 体系。

  PHMB 和 PHMB@Au NPs 表现出一定的抗菌活性,它们对细菌的抑制率约为 70%,主要来自游离 PHMB(图 B)。在 808 nm 激光照射下其对细菌的抑制率高达 95% 或更高(图 C)。

  抑制金黄色葡萄球菌的生物膜和溶血


  如图 B、C 所示,与对照组相比,PHMB@Au NPs 处理组在 NIR 照射下将生物膜形成减少了约 85%。PHMB@Au NPs可以有效抑制细菌生物膜的形成,表明该材料具有消除耐药细菌的潜力。

  如图D、E所示,PHMB@Au NPs治疗组金黄色葡萄球菌分泌的溶血素在近红外照射后明显受到抑制,与对照组相比降低了80%以上

  表明PHMB@Au NPs对金黄色葡萄球菌溶血素的分泌有很强的抑制作用。

  与 PHMB@Au NPs 孵育后金黄色葡萄球菌的形态变化


  在 NIR 照射下,PHMB@Au NPs 处理金黄色葡萄球菌,大多数细菌显示红色荧光,表明受损或死亡细菌的数量增加(图 a)

  通过量化活/死检测染色(F green / F red),发现 90% 的细菌在 NIR 照射下 5 分钟已经死亡(图 B)。

  如图 C,PHMB@Au NPs在NIR照射下,活菌数量大大减少,说明PHMB@Au NPs在NIR照射下具有光热杀菌作用。在没有近红外辐射和各种材料存在的情况下,细菌的细胞壁是光滑的球形。

  PHMB@Au NPs 在皮下感染模型中的体内抗菌活性


  注射到实验组皮肤中的 PHMB@Au NPs温度显著的升高,并在NIR下 0 至 5 min保持在约 54°C(图 B、C),这个温度足以起到杀菌作用。

  在没有 NIR 照射时,用 PBS 和 PHMB@Au NPs 处理的小鼠出现严重的炎症和脓肿,表明细菌未被杀死或消除(图 D)。

  用 PHMB@Au NPs 治疗的小鼠的伤口闭合速度明显更快,在第 7 天实现了近 80% 的闭合(图 E、F)。

  小鼠的体重在治疗期间保持稳定(图 G)。

  在 NIR 照射下接受 PHMB@Au NPs 处理后,菌落形成单位数显示出良好的杀菌效果(图 H、I)。

  伤口恢复过程的免疫荧光分析


  如图A、B,PHMB@Au NPs 的给药显着降低了 TNF -α和 CD86 M1 标记的阳性细胞的比例,而与其他组相比,TGF- β和 CD206 M2 标记的阳性细胞的浸润和分布增强(图 7C–F)。

  在伤口愈合过程中,M2 巨噬细胞分泌抗炎介质并释放血管生成(标志物 CD31),如图 G、H,进一步证实了 PHMB@Au NPs 可以驱动巨噬细胞的表型以促进组织愈合和再生。

  PHMB@Au NPs 在体内的生物安全性评估


  对照组丙氨酸转移酶(ALT)、天冬氨酸转移酶(AST)、碱性磷酸酶(ALP)、血尿素氮(BUN)等主要血液参数与对照组相比无显著性差异。血常规检查结果,包括白细胞(WBCs)、红细胞(RBCs)、血红蛋白(HGB)、红细胞比容(HCT)、平均红细胞体积(MCV)、平均红细胞血红蛋白(MCH)、血小板计数(PLT)、平均血小板体积(MPV)显示实验组(第1天和第7天)与对照组之间没有显著差异,表明PHMB@Au NPs表现出良好的血液相容性。

  结论

  1. PHMB@Au NPs自递送系统可以促进与细菌的粘附,并迅速聚集在金黄色葡萄球菌表面,但不会在健康组织中异常聚集。

  2. 聚合的 PHMB@Au NPs 通过增加近红外吸收率来提高光热转换效率,从而在体外热杀死细菌。

  3. PHMB对细菌膜有损伤。

  4. PHMB@Au NPs 可以快速清除体内伤口和皮下感染的细菌,并通过 PTT 在不损害健康组织的情况下促进伤口愈合。

  因此,本工作开发的PHMB@Au NPs自递送系统可能为医学抗感染领域提供新的材料或策略。

  参考文献:

  He X, Dai L, Ye L, Sun X, Enoch O, Hu R, Zan X, Lin F, Shen J. A Vehicle-Free Antimicrobial Polymer Hybrid Gold Nanoparticle as Synergistically Therapeutic Platforms for Staphylococcus aureus Infected Wound Healing. Adv Sci (Weinh). 2022 May;9(14):e2105223. doi: 10.1002/advs.202105223. Epub 2022 Mar 10. PMID: 35274475; PMCID: PMC9108595.

网站声明

1、凡本网所有原始/编译文章及图片、图表的版权均属微生物安全与健康网所有,未经授权,禁止转载,如需转载,请联系取得授权后转载。

2、凡本网未注明"信息来源:(微生物安全与健康网)"的信息,均来源于网络,转载的目的在于传递更多的信息,仅供网友学习参考使用并不代表本网同具观点和对具真实性负责,著作权及版权归原作者所有,转載无意侵犯版权,如有侵权,请速来函告知,我们将尽快处理。

3、转载请注明:文章转载自www.mbiosh.com

※联系方式:020-87680942

在线留言
*公司名称:
*联系人:
*电话:
查询类别:
电邮地址:
地址:
问题:

直播视频

在线咨询

联系我们

回到顶部

我要留言