近红外激活纳米平台：对抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染的新希望

为解决耐药菌问题，研究人员构建 GA-Fe (II) NPs/SG@TSL 纳米平台，有效治疗 MRSA 感染，意义重大。

　　在医学领域，细菌感染一直是威胁人类健康的重要问题，其中金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）更是 “罪魁祸首” 之一。它能引发从皮肤软组织感染到败血症等多种疾病，严重时甚至危及生命。过去，抗生素是治疗细菌感染的有力武器，但随着时间推移，抗生素的滥用使得耐药菌不断出现，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）就是典型代表。这种细菌对多数传统抗生素都有抗性，每年因它导致的死亡率不断上升。更糟糕的是，新研发的抗生素也很快会面临耐药问题，比如达托霉素，细菌能迅速对其产生抗性。所以，寻找新的、不易产生耐药性的抗菌策略迫在眉睫。

在这样的背景下，东北农业大学等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们致力于构建一种新型抗菌系统，相关研究成果发表在《BIOMATERIALS RESEARCH》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，利用纳米技术构建了超小的没食子酸 - 亚铁纳米颗粒（GA-Fe²⁺ NPs），并对其进行了一系列的表征分析，包括紫外吸收光谱、傅里叶变换红外光谱、透射电镜等技术，以确定其结构、形态和性能。接着，通过薄膜水化技术制备了温度敏感脂质体（TSL），并将 GA-Fe²⁺ NPs 和血根碱（SG）共同封装在其中，构建了 GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL 纳米平台。此外，还运用了多种实验方法来评估该平台的性能，如最小抑菌浓度（MIC）测定、耐药性发展研究、细菌摄取研究、体外抗菌性能研究、体内抗菌性能研究、生物安全性评估以及转录组分析等。

研究结果令人振奋。在 GA-Fe²⁺ NPs 的表征方面，制备的 GA-Fe²⁺ NPs 呈规则球形，直径约 5nm。其具有良好的光热性能，在 808nm 近红外（NIR）激光照射下，溶液温度迅速上升，且呈现浓度依赖性，0.4mg/ml 的 GA-Fe²⁺ NPs 溶液在 10 分钟内温度可达 50.2°C。同时，它还具备优秀的光热稳定性和长期胶体稳定性，多次热循环后性能几乎不变，在 4°C 和 25°C 下保存 20 天，直径也无明显变化。此外，GA-Fe²⁺ NPs 能够产生羟基自由基（?OH），在 NIR 激光照射下，?OH 的生成量显著增加。

对于 GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL 抗菌平台的表征，发现其呈球状，粒径约 80.2nm，SG 的负载量为 67.5%±0.18%。该平台在 NIR 激光照射下能有效升温，10 分钟内温度可升至 49°C，促使 TSL 释放 SG。在无 NIR 照射时，SG 释放缓慢，24 小时累积释放量仅约 15%；而在 NIR 照射 10 分钟后，4 小时内 SG 释放量可达约 58.8%。并且，该平台在生理环境中稳定性良好，在磷酸盐缓冲液（pH = 7.4）中孵育 7 天，粒径和形态基本不变。

在抗菌性能研究方面，体外实验表明，NIR 照射对于增强脂质体的抗菌效果至关重要。在无 NIR 照射的给药组中，只有 SG 处理组有明显杀菌效果，但杀菌率仅 31%。当引入 NIR 照射后，GA-Fe²⁺ NPs@TSL 和 GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL 处理组的菌落数明显减少，MRSA 存活率分别下降 32.6% 和 90.6%。加入 H₂O₂后，GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL + H₂O₂ + NIR 组的抗菌率接近 100%，几乎看不到细菌菌落。通过活 / 死染色、扫描电镜和透射电镜观察发现，该平台能破坏细菌细胞膜，导致细胞内容物泄漏，从而杀死细菌。

在抗生物膜效果研究中，利用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）发现 GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL 能够穿透 MRSA 生物膜。晶体紫染色和活 / 死双染色实验表明，GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL + NIR 和 GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL + H₂O₂ + NIR 处理组对生物膜的清除效果显著，相对生物膜生物质去除率分别为 64.7% 和 88.2%。

体内实验中，构建了小鼠皮下 MRSA 感染模型。结果显示，GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL 在 NIR 照射下，感染区域温度可升至 47°C，既能促进热疗和药物释放，又能减少组织损伤。到第 8 天，GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL + NIR 组的感染区域几乎完全恢复，而其他组的恢复效果较差。组织学分析和免疫组化染色表明，该组不仅能有效杀死 MRSA，还能显著减轻炎症反应，降低肿瘤坏死因子 α（TNF-α）和白细胞介素 6（IL-6）的水平。与万古霉素相比，GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL + NIR 组的治疗效果与之相当，展现出良好的应用前景。

在生物安全性评估方面，细胞毒性实验和溶血实验表明，TSL 具有良好的细胞相容性，对红细胞损伤极小。体内生物安全性评估显示，GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL + NIR 处理对小鼠的血液参数、肝功能和肾功能均无明显影响，主要器官也未出现明显损伤和组织学变化。

通过转录组分析，研究人员深入探究了 GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL 的抗菌机制。发现该平台主要通过破坏细胞膜、诱导能量代谢紊乱和抑制核酸合成等途径发挥抗菌作用。SG 和 GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL + H₂O₂ + NIR 处理均能引起细胞膜相关基因的变化，导致细胞膜损伤，细菌通过调节渗透压和代谢途径来应对。同时，二者还显著抑制了能量代谢和核酸合成相关的基因，阻碍了细菌的生长和繁殖。此外，GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL + H₂O₂ + NIR 处理还能抑制细胞壁合成和碳水化合物代谢，进一步削弱细菌的生存能力。

综上所述，这项研究构建了一种热响应性无抗生素系统 GA-Fe²⁺ NPs/SG@TSL，它具有良好的生物相容性。在 NIR 激光照射下，能通过光热疗法（PTT）、化学动力疗法（CDT）和 SG 的协同作用，有效杀死浮游状态的 MRSA，清除 MRSA 生物膜。该系统在 MRSA 诱导的皮下脓肿模型中表现出色，能在低剂量 SG 下实现高效杀菌，减少了不良反应。这一研究成果为治疗 MRSA 感染提供了一种可行的无抗生素策略，有望发展成为一种通用的天然产物递送平台，在耐药菌感染的治疗领域发挥重要作用，为解决耐药菌问题带来了新的希望。