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西北工业大学袁璋、戴亮亮团队AFM:光治疗纳米复合

发布时间:2024-02-10 01:41:47 来源:永乐国际app官方网站 作者:永乐国际网站首页登录

  耐药菌感染被认为是一个主要的公共卫生威胁。亟需开发出“非抗生素”的策略以对抗由耐药菌引起的生物膜相关感染。近年来,基于近红外光(NIR)的协同光治疗策略,即光热/光动力疗法(PTT/PDT),在对抗耐药菌感染方面受到了广泛的关注。然而,由于生物膜特殊的微环境(高水平H 2 O 2 和GSH、乏氧、弱酸等),抑制了光动力治疗过程中ROS的产生,因而单模态PDT的抗生物膜作用仍不理想。基于此,利用病理微环境实现原位O 2 供应,是缓解乏氧、增强PDT抗生物膜效应的一种切实可行的策略。

  此外,光治疗潜在的光毒性,如PTT引起的局部高温或PDT诱导的ROS生成,可能会放大异常的炎症反应。不受控制的炎症会进一步导致免疫稳态失衡,从而延迟愈合过程,并可能增加严重并发症的风险。因此,生物膜感染的理想治疗不仅需要消除已形成的生物膜,还需要减轻微环境的炎症反应,及时重塑伤口免疫稳态,从而有效加速愈合过程。

  如图2所示,一方面,在生物膜感染微环境(酸性和H 2O 2)中,MI-MPDA NPs表面的MnO 2纳米酶能够催化生物响应性的O 2产生,从而缓解生物膜乏氧。NIR照射后,持续的O 2供应进一步提高光敏剂ICG产生单线)的水平,且MPDA具有良好的光热效应,通过O 2增敏PDT和温和PTT的协同抗菌作用,实现有效的生物膜清除。

  如图3所示,另一方面,实现生物膜清除过后,M-MPDA NPs通过MnO 2纳米酶介导的ROS清除和O 2产生,下调p38 MAPK和NFκB(p50/p65)炎症信号通路的表达,从而抑制促炎因子(TNF-α、IL-6、IL-1β)的分泌,有效改善炎症状态。同时,O 2供应可抑制LPS激活的M1表型巨噬细胞过表达缺氧诱导因子-1α(HIF-1α),从而促进巨噬细胞向促再生M2表型极化,分泌大量抗炎因子(IL-10、TGF-β)。

  最后,在MRSA生物膜引起的植入体相关的感染动物模型中,NIR照射的MI-MPDA NPs有效清除了植入体表面的生物膜及周围组织残留的细菌,从而降低中性粒细胞浸润水平,减弱促炎因子的分泌(图4 a-c);在PA生物膜引起的皮肤烧伤感染动物模型中,NIR照射的MI-MPDA NPs不仅能有效清除感染创面的细菌,还能促进创口部位巨噬细胞M2型极化,从而加速胶原纤维沉积与新生血管生成,有利于伤口修复(图4 d-e)。

  综上所述,本研究提出的O 2增敏光治疗策略不仅为临床浅表皮肤耐药菌生物膜感染的治疗提供了新的见解,还证实了ROS清除和O 2供应参与抗炎和免疫调节效应的潜力。

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