本文要點(diǎn)：由多重耐藥細(xì)菌而引起的感染對(duì)人類健康仍然可以造成巨大威脅。因此我們需要探索更有效的抗菌替代策略,。本研究開(kāi)發(fā)了一種具有粗糙表面的碳-鐵氧化物納米復(fù)合物(RCF),，可用于近紅外二區(qū)光協(xié)同抗菌治療。RCF具有良好的光熱特性和過(guò)氧化物酶樣活性,，可在NIR-II窗口下實(shí)現(xiàn)光熱/動(dòng)力協(xié)同治療(PTT),。此外，表面粗糙的RCF可以增加細(xì)菌對(duì)其的粘附,，更有利于協(xié)同抗菌作用,。體外抗菌實(shí)驗(yàn)表明，RCF對(duì)革蘭氏陰性大腸桿菌,、革蘭氏陽(yáng)性金黃色葡萄球菌和耐甲ｙａｎｇ西林金黃色葡萄球菌均具可以產(chǎn)生殺傷作用,。在耐甲ｙａｎｇ西林金黃色葡萄球菌感染大鼠的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校琑CF可以清除感染菌,，同時(shí)具有良好的生物相容性,。本研究合成的抗菌藥物RCF在治療耐藥細(xì)菌感染方面具有巨大潛力,。

如圖1所示,，RCF可以催化低濃度的H2O2生成羥基。在低功率密度(0.5 W/cm2)的NIR-II窗口下,，碳納ｍｉ殼還可以產(chǎn)生光熱效應(yīng),，因此復(fù)合物RCF具有協(xié)同抗菌能力。

圖1：RCF納米復(fù)合物的制備及其協(xié)同抗菌治療的示意圖,。

首先,，作者合成了碳納ｍｉ殼，平均直徑為180 ± 20 nm（圖2 a）,。然后將其與Fe3O4納米粒進(jìn)行組裝,，組裝后RCF表面變得粗糙，平均直徑為190 ± 20 nm （圖2 b-c）,。接下來(lái),，作者驗(yàn)證了RCF的催化活性和光熱性能。在測(cè)定其催化活性的實(shí)驗(yàn)中,，當(dāng)H2O2(10 mM)和TMB (1 mM)均存在時(shí),，RCF在652 nm處出現(xiàn)zui qiang 的吸收峰，這說(shuō)明RCF具有類似過(guò)氧化物酶的性能,，能夠觸發(fā)TMB的氧化,，且這種催化活性與RCF濃度呈正相關(guān)（圖2 g-h）。在測(cè)定其光熱性能的實(shí)驗(yàn)中,，作者用1064 nm波長(zhǎng)激光照射RCF水溶液并記錄下來(lái)其溫度變化,，發(fā)現(xiàn)不同濃度的RCF溶液的溫度隨著激光的照射均呈上升趨勢(shì)，且也與濃度呈正相關(guān)（圖2 i）。因此,，RCF具有催化生成羥基和產(chǎn)生光熱效應(yīng)的特性,，在抗感染治療中具有很大的潛力。

圖2： (a) RC,， (b) RCF,， (d) SC和(e) SCF納米顆粒的TEM圖像。 (c) RCF和(f) SCF納米顆粒的SEM圖片,。 比例尺:200nm,。 (g)不同處理TMB溶液(1 mM)的紫外-可見(jiàn)吸收光譜。 (h) 不同RCF濃度處理的TMB溶液的紫外-可見(jiàn)吸收光譜,。 (i)不同濃度RCF溶液經(jīng)近紅外激光后的光熱曲線(1064 nm, 0.5 W/cm2,，5 min)。

接下來(lái),，作者驗(yàn)證了RCF的體外抗菌效果,。作者選取了大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為參照菌，通過(guò)平板計(jì)數(shù)法,，作者發(fā)現(xiàn),，當(dāng)不添加H2O2同時(shí)也不加近紅外二區(qū)光照時(shí)，RCF不能產(chǎn)生殺菌作用,。當(dāng) 添加H2O2后,，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的數(shù)量均有明顯下降，下降趨勢(shì)與RCF濃度的升高呈正比,。當(dāng)加上近紅外二區(qū)激光后,，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的數(shù)量也會(huì)明顯下降，但無(wú)論是單獨(dú)添加H2O2還是單獨(dú)加近紅外二區(qū)激光,，其抗菌效果均不理想,。但兩個(gè)條件同時(shí)存在時(shí)，RCF均有良好的抗菌效力（圖3a-d）,。通過(guò)掃描電鏡發(fā)現(xiàn),，當(dāng)環(huán)境中同時(shí)存在RCF、H2O2和近紅外二區(qū)激光存在時(shí),，RCF可以破壞大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的細(xì)菌結(jié)構(gòu),，對(duì)其造成殺傷（圖3e）。作者還發(fā)現(xiàn)RCF也可以對(duì)耐甲ｙａｎｇ西林金黃色葡萄球菌產(chǎn)生殺傷作用,，zui di 抑菌濃度為256 μg/mL （圖3f-g）,。這些結(jié)果驗(yàn)證了RCF的高效協(xié)同抗菌作用。

圖3：經(jīng)近紅外激光照射和H2O2處理的(a)大腸桿菌(b)金黃色葡萄球菌和(f)耐甲ｙａｎｇ西林金黃色葡萄球菌的菌落,。用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定各組經(jīng)RCF處理后大腸桿菌(c),、金黃色葡萄球菌(d),、耐甲ｙａｎｇ西林金黃色葡萄球菌 (g)的細(xì)菌存活率。(e)不同處理后大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的SEM圖像:(I) PBS,， (II) H2O2,， (III) NIR， (IV) H2O2+ NIR,， (V) RCF,， (VI) RCF + H2O2， (VII) RCF + NIR,， (VIII) RCF + H2O2+ NIR,。比例尺:1 μm。

此外,，作者還通過(guò)熒光染料STYO-9和PI分別染色活細(xì)菌和死細(xì)菌來(lái)驗(yàn)證RCF的殺菌效力,。得到的結(jié)果與平板計(jì)數(shù)法的結(jié)果一致，表明RCF在協(xié)同抗菌治療中具有巨大潛力（圖4a-b）,。

圖4： (a)大腸桿菌和(b)金黃色葡萄球菌經(jīng)PBS,、(II) H2O2、(III) NIR,、(IV) H2O2+ NIR,、(V) RCF (512 μg/mL)、(VI) RCF + H2O2,、(VII) RCF + NIR,、(VIII) RCF + H2O2+ NIR處理后的熒光圖像。 紅色和綠色熒光分別代表死菌和活菌,。比例尺: 25μm。

接下來(lái),，作者通過(guò)細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)和溶血性實(shí)驗(yàn)探究了RCF的生物相容性,。通過(guò)MTT法測(cè)定RCF在達(dá)到512 μg/mL時(shí)，L929細(xì)胞存活率仍大于80%（圖5 a）,。用PBS將RCF溶液稀釋到不同濃度,，分別與紅細(xì)胞共孵育，各組均未發(fā)生溶血現(xiàn)象,，表明其具有良好的生物相容性（圖5 b）,。在大鼠皮膚創(chuàng)面區(qū)域，照射1064 nm的激光（0.5 W/cm2）,在照射5 min后,，創(chuàng)面區(qū)域溫度從26.1℃迅速上升到60.4℃,，證明RCF具有在體內(nèi)PTT效應(yīng)的可行性（圖5 c-d）。

圖5：(a)經(jīng)不同濃度RCF溶液處理后L929細(xì)胞的細(xì)胞活力,。 (b)不同濃度RCF溶液的相對(duì)溶血比,。 (c) 256 μg RCF處理大鼠皮膚創(chuàng)傷后，在1064 nm, 0.5 W/cm2近紅外激光照射5 min的熱圖像和溫度變化曲線。

于是,，作者為了驗(yàn)證RCF的體內(nèi)清除感染菌的能力,，選用了大鼠皮膚感染耐甲ｙａｎｇ西林金黃色葡萄球菌的動(dòng)物模型。將同品系大鼠隨機(jī)分為五組,，Ⅰ.PBS組,；Ⅱ.RCF組；Ⅲ.RCF + H2O2組,；Ⅳ.RCF +NIR-II激光,；Ⅴ.RCF + H2O2 + NIR-II激光。分別在處理后第1,，3,，5，7天對(duì)傷口進(jìn)行圖像采集（圖6 a）,。第7天時(shí),，對(duì)各組感染區(qū)域的組織載菌量和感染面積進(jìn)行測(cè)定，并送去做組織切片,，Ⅴ組結(jié)果與其他組相比有顯著差異（圖6 c-e）,。綜上，RCF具有良好的殺菌性能,，有望用于抗菌感染和促進(jìn)創(chuàng)面愈合,。

圖6：(a)在第0、1,、3,、5、7天采集不同處理組的感染傷口圖像(I) PBS,， (II) RCF,， (III) RCF + H2O2， (IV) RCF + NIR,， (V) RCF + H2O2+ NIR,。(c)不同處理組的感染組織載菌量測(cè)定分析。 (d) 7 d后各治療組的感染傷口面積,。 (e) 7天后不同治療組感染傷口組織的H&E染色圖像,。

結(jié)論：本研究成功構(gòu)建了一種表面粗糙的碳鐵氧化物納米復(fù)合物來(lái)用于協(xié)同抗菌。碳納ｍｉ殼具有光熱特性,，同時(shí)氧化鐵納米粒具有類過(guò)氧化物酶催化活性,，可以在NIR-II激光(1064 nm, 0.5 W/cm2)照射下，實(shí)現(xiàn)PTT/CDT的協(xié)同作用,。此外,，其具有良好的生物相容性和較低的毒性,，為構(gòu)建具有實(shí)際意義的高效抗菌新方法提供了一種簡(jiǎn)便的策略。

參考文獻(xiàn)

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 恒光智影

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