北化徐福建教授/俞丙然教授團隊、北京協和醫院睢瑞芳教授 AFM：靶向性光動力抗菌納米組裝材料用于多藥耐藥生物膜感染的角膜炎治療

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2021年12月23日 10:18

2017年，世界衛生組織確認銅綠假單胞菌為致命性1級病原體，是眼科感染中最常見的菌種。銅綠假單胞菌具有天然的耐藥性、高致死性并且易于形成穩定的生物膜，銅綠假單胞菌的這些特性導致越來越多的臨床抗生素無效的多藥耐藥銅綠假單胞菌的出現。由銅綠假單胞菌形成的生物膜是細菌性角膜炎的主要致病原因，可能會導致角膜穿孔甚至失明。抗菌光動力療法(aPDT)是一種針對多藥耐藥細菌的有效殺菌方法。然而，廣譜aPDT不分青紅皂白地殺滅細菌，可能會導致微生物群失衡，并對正常細胞產生細胞毒性。因此，需要開發能夠特異性殺死特定病原菌而不引起微環境失衡或破壞正常宿主哺乳動物細胞的光動力抗菌材料。綜上所述，開發新型的針對銅綠假單胞菌生物膜中的銅綠假單胞菌特異性殺傷的抗菌光動力材料具有重要意義。

北京化工大學材料科學與工程學院徐福建教授/俞丙然教授研究團隊聯合北京協和醫院眼科睢瑞芳教授 在《Advanced Functional Materials》上發表了題為“ Bacteria-Targeting Photodynamic Nanoassemblies for Efficient Treatment of Multidrug-Resistant Biofilm Infected Keratitis ”的研究論文。（ DOI: 10.1002/adfm.202111066 ）。該論文通過可逆加成-斷裂鏈轉移聚合(RAFT)合成了α-D半乳糖與光敏劑酸性紅（RB）的嵌段聚合物PαGal ₅₀ - b -PGRB _n ，其中α-D半乳糖對銅綠假單胞菌凝集素A（Lec A）具有特異靶向性，光敏劑RB在光照的條件下產生活性氧（ ROS ），兩者共同實現對多藥耐藥銅綠假單胞菌生物膜的解散與殺傷。

北化徐福建教授/俞丙然教授團隊、北京協和醫院睢瑞芳教授 AFM：靶向性光動力抗菌納米組裝材料用于多藥耐藥生物膜感染的角膜炎治療的圖1

圖1. a.多藥耐藥銅綠假單胞菌靶向性光動力納米組裝材料的合成路線以及生物學應用。b. PαGal₅₀-b-PGRB_n多藥耐藥銅綠假單胞菌選擇性結合與殺傷。c. PαGal₅₀-b-PGRB_n殺菌機制研究。d. PαGal₅₀-b-PGRB_n殺菌機制示意圖。

首先通過激光共聚焦觀察發現，負電性的PαGal₅₀-b-PGRB_n可以通過α-D半乳糖與銅綠假單胞菌的Lec A凝集素特異性結合進入細菌內部。體外抗菌實驗證明，在光照的情況下PαGal₅₀-b-PGRB_n可以通過ROS機制特異性殺傷銅綠假單胞菌，而不對同為革蘭氏陰性菌的大腸桿菌殺傷。體內外生物安全性實驗證明PαGal₅₀-b-PGRB_n傾向于跟銅綠假單胞菌結合而不跟正常細胞結合，因為表現出較好的生物相容性。同時，PαGal₅₀-b-PGRB_n在15分鐘內可以實現對多藥耐藥銅綠假單胞菌生物膜的快速滲透，在30分內可以有效解散生物膜。在滲透和消散后，再結合光動力殺菌，可以有效實現對多藥耐藥銅綠假單胞菌生物膜的清除。