廣東華清園生物科技有限公司南藥國際研發(fā)中心蘇健裕教授|基于龍腦聚合物修飾的MXene納米片的低溫光熱療法



研究速覽

■ 近日，華南理工大學中新國際聯(lián)合研究院南藥國際研發(fā)中心楊柳博士（第一作者）、蘇健裕教授（共同通訊作者）和華南理工大學材料學院洪良智副教授（共同通訊作者），在國際知名期刊ACS Appl. Mater. Interfaces（2022 IF 10.383）上發(fā)表題為“Low-Temperature Photothermal Therapy Based on Borneol-Containing Polymer-Modified MXene Nanosheets”的研究論文。該工作開發(fā)了一種具有靶向細菌能力的基于龍腦聚合物修飾的MXene納米片（BPM）的低溫光熱療法（PTT）。BPM與近紅外光協(xié)同，可在對人體安全的溫度（≤ 40℃）下進行局部加熱，有效地根除超過99.999%（>5個數(shù)量級）的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA），且具有良好的生物相容性，在多耐藥菌感染領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的治療潛力。

Part1



▉  研究摘要  ▉

■ 無創(chuàng)光熱療法（PTT）是一種新興的消除耐多藥（MDR）細菌的策略，它通過產(chǎn)生50 ℃以上的溫度實現(xiàn)滅菌；然而，這樣的高溫也會對健康組織造成附帶損害。在這項工作中，開發(fā)了一種具有靶向細菌能力的基于龍腦聚合物修飾的MXene納米片（BPM）的低溫光熱療法（PTT）。BPM是通過帶負電的二維MXene納米片（2DM）和帶正電的季銨鹽化α-(+)-龍腦-聚甲基丙烯酸二甲氨乙酯（BPQ）靜電組裝而成。將BPQ與2DM結(jié)合，提高了2DM在生理環(huán)境中的穩(wěn)定性，并且龍腦基團和BPQ的部分正電荷使細菌細胞膜成為靶標。BPM與近紅外光協(xié)同，通過靶向光熱療法有效地消除耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和大腸桿菌（E. coli）。更重要的是，BPM通過在對人體安全的溫度（≤ 40℃）下進行局部加熱，有效地根除了超過99.999%（>5個數(shù)量級）的MRSA。此外，BPM具有良好的生物相容性，膜靶向低溫PTT在多耐藥菌感染領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的治療潛力。

Part2

■ 研究要點1：

龍腦聚合物（BPQ）通過靜電作用實現(xiàn)了對2DM表面的功能化，極大的提高2DM在生理條件下的穩(wěn)定性和分散性。


圖1. 2DM和BPM的表征。

■ 研究要點2：

掃描電鏡表征了BPM在MRSA表面的附著，表明BPM的細菌靶向性。而2DM組上清液中的MRSA具有典型的形態(tài)和光滑的表面，表明2DM在生理條件下由于聚集而幾乎失去了其固有的 "納米刀 "破壞細菌細胞膜的能力。


圖2. BPM病原菌靶向性能表征。

■ 研究要點3：

與傳統(tǒng)的MXene相比，BPM對多耐藥細菌的抗菌能力由于近紅外處理而得到了協(xié)同增強。BPM在已報道的PTT抗菌劑中表現(xiàn)出最低和最安全的溫度，其抗菌效率隨著近紅外輻照周期的增加而增加。


圖3. BPM介導的靶向抗菌光熱療法。



Part3



▉  研究總結(jié)  ▉

■ 在這項研究中，通過龍腦聚合物和2DM的簡單靜電共組裝，制造了一種多策略的二維抗菌光熱劑來消除MDR細菌。將BPQ與2DM共軛，不僅提高了MXene在生理條件下的穩(wěn)定性，還提高了其靶向細菌細胞膜的能力。我們發(fā)現(xiàn)，在近紅外照射下，50 μg mL-1的BPM能夠有效地消除99.9%（>3 log）的MRSA和99.999%（>5 log）的E.coli。憑借其靶向能力，BPM在人類安全溫度（≤40 ℃）下進行多輪近紅外照射，對MRSA的殺菌效率也達到了99.999%（>5個數(shù)量級）?？傊@項研究首次證明了靶向PTT可以在相對較低的溫度下通過局部低溫有效地殺死MDR細菌。此外，體內(nèi)實驗結(jié)果表明，BPM介導的低溫PTT不僅避免了傳統(tǒng)高溫PTT對正常人體組織的損傷，而且其多策略抗菌機制不容易產(chǎn)生耐藥性，可以對抗MDR感染。

■ 該研究成果下一步工作將應用于龍腦基功效護膚及微晶（針）等產(chǎn)品。