研究背景
使用各种抗生素预防现有局部感染的传播对于降低进一步恶化风险起着至关重要的作用。然而，预防性抗生素药物的治疗不可避免地增加耐多药（MDR）或极耐药（XDR）致病菌的流行。因此，对耐多药细菌具有高度抗菌效能的新战略是迫切需要的。作者通过制备一种智能三功能纳米结构，用于可靠的细菌根除的热响应激发的药物传递纳米载体。
本文亮点
1.提出了一种综合荧光监测、光热治疗的物理损伤和抗生素产生的化学抑制等优点的协同抗菌策略
2.热响应激发药物递送纳米载体（Thermo-Responsive-InspiredDrug-DeliveryNano-Transporter，TRIDENT），即使低剂量，也能根除临床耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，使受感染部位迅速恢复。
简介
对耐多药细菌具有高度抗菌效能的新战略是迫切需要的。重庆大学罗阳教授团队和国家纳米科学中心梁兴杰教授团队合作一种智能的三功能纳米结构，即用于可靠的细菌根除的TRIDENT。选择由天然脂肪酸组成的热响应纳米结构（thermo-responsivenanostructure,TRN），其熔点可调节在43°C左右，作为亚胺培南（i-mipenem,IMP，一种普遍抗生素）和IR（一种有机光敏剂分子）的疏水载体。用磷脂和DSPE-PEG制成的磷脂包覆载药TRN，提高合成的热响应激发药物递送纳米转运体（Thermo-Responsive-InspiredDrug-DeliveryNano-Transporter,TRIDENT）IMP/IR
TRN的生物相容性。TRIDENT通过化疗/光热疗法对抗生素敏感菌和临床多药耐药菌的强大杀菌力得到了体内外实验，结果表明TRIDENT对致病性细菌感染有特别有效的作用，可以防止局部感染发展为败血症。近红外辐射引起的温度升高不仅通过相变机制使纳米转运体熔化，而且不可逆转地破坏了细菌的细胞膜，促进IMP的渗透，从而干扰细胞壁的生物合成，最终导致细菌的快速死亡。体外和体内的证据都表明，即使是低剂量的TRIDENT也能根除临床耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，而单独使用IMP，效果有限。结果与讨论
TRIDENT的制备与表征
采用纳米沉淀法制备了TRIDENT体系，并对其进行了改性。TEM和DLS证实TRIDENT呈均匀大小的球形形貌。UV-vis光谱证实IMP和IR被成功包封在在相变材料TRN中。
TRIDENT的热响应特性
如图3所示，使用DSC来评估不同重量比的LA/SA（LA:SA=2.5、3.5和4.5）对TRN的响应。发现以3.5：1的LA/SA比例制备的TRN的熔点在43°C左右，这在生理环境下适用于热响应治疗。TRIDENT悬浮液的温度增量与IR浓度和近红外暴露时间有关。TEM图像显示，激光照射后TRIDENT的颗粒尺寸发生了明显的改变，但TRIDENT的形貌没有发生明显的改变，DLS测试也证实了这一变化。前3h内释放的IMP较少，而在3h点激光照射5min后，约15%的IMP在1h内迅速从TRIDENT溶液中释放出来。当光照时间增加时，会释放更多的IMP。在光照结束后的几个小时内，一些IMP会逐渐从TRIDENT溶液中释放出来，而在溶液温度下降到37℃后，剩下的IMP可能会被固化的TRN重新包封。这些结果证实了IR在近红外照射下所产生的光热效应可以有效触发TRIDENT中IMP的快速释放。
TRIDENT对抗菌敏感菌的体外抗菌活性
标准平板计数结果表明，辐照后的TRIDENT（即IMP/IR
TRN+NIR）对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌这两种细菌均有较好的杀灭效果，用IRTRN和3-IMP（在TRIDENT中剂量的三倍）处理的细菌的菌落减少40-50%，但基于理论释放的IMP处理组（T-IMP）没有表现出明显的抗菌能力，表明仅用光照疗法或仅使用高剂量的IMP不能完全杀死细菌细胞，而在没有近红外照射的情况下，IMPTRN组、IRTRN组和IMP/IRTRN组的菌落数量减少不明显。经TRIDENT+NIR处理后，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的log10（CFUmL-1）分别降低至2.02±0.22、2.04±0.13，表明与对照组相比，大部分细菌被杀灭。SEM显示，经过NIR辐照的TRIDENT对细菌膜造成了严重损伤，可以清楚观察到细胞壁的破碎和形状不规则的孔洞。TRIDENT对临床耐多药（MDR）菌的体外抗菌活性
利用临床分离的耐多药大肠杆菌（multidrug-resistantE.coli,MDREC）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin-resistantStaphylococcusaureus,MRSA）代替标准的对抗生素敏感的菌株重复了这些实验。除了只用3IMP处理的MRSA组仅观察到部分生长抑制，其余各组均有相似结果。表明TRIDENT的协同抗菌作用可用于临床治疗传统抗生素难以治疗的耐多药菌。
TRIDENT的体内抗菌活性
大部分IMP/IR
TRN在局部给药后仍能有效停留在感染区域，荧光可持续48小时，可以实时监测纳米材料在感染部位的体内富集情况，为选择最佳治疗时间提供直观指导。辐照结束时，感染区最终的温度可以提高到49°C。在IRTRN+NIR组中，与治疗开始时相比，MDREC和MRSA感染皮肤的病变大小分别减少了约70%和60%，而使用IMPTRN、IRTRN、IMP/IRTRN、T-IMP和NIR的病变大小仅减少了30%至50%。TRIDENT的杀菌机理
耐甲氧西林金黄色葡萄球菌耐β-lactam抗生素，因为它拥有其基因编码产生一个额外的penicillin-binding蛋白2（PBP2a）块的作用β-lactamantibiotics。IMP能够杀死一些临床分离的MRSA菌株，部分原因是这些菌株中PBP2a的含量相对较低。此外，既往研究表明，IMP与万古霉素联合使用可增强IMP对MRSA的杀伤能力，这可能与万古霉素对MRSA膜和PBP2a的破坏有关。这些结果表明，破坏或变性MRSA表面的PBP2a可能增加IMP对MRSA的活性。在此设计中，NIR照射的IR分子可以将光能转化为热能，通过改变细菌膜质蛋白/酶的性质，破坏其膜的完整性来介导MRSA的裂解，这将对细菌细胞的结构造成不可逆的损伤。受损的结构反过来又会加速水的渗透，IMP进入细菌的细胞质，然后导致细菌细胞壁合成受损，最终破坏耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。
小结
本文提出了一种综合荧光监测、光热治疗的物理损伤和抗生素产生的化学抑制等优点的协同抗菌策略。这些结果为耐多药抗菌治疗提供新思路，通过包封其他抗菌药物，该抗菌策略可以进一步发展成为一个通用的抗菌平台，具有临床潜在应用价值。
本文出处
GuangchaoQing,XianxianZhao,NingqiangGong,JingChen,XianleiLi,YalingGan,YongchaoWang,ZhenZhang,YuxuanZhang,WeishengGuo,YangLuo，Xing-JieLiang.Thermo-responsivetriple-functionnanotransporterforefficientchemo-photothermaltherapyofmultidrug-resistantbacterialinfection.NATURECOMMUNICATIONS.
DOI:
