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抗生素的过度使用导致耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)等耐多药(MDR)菌株的出现，诱发皮肤和软组织的顽固性感染，导致高死亡率，对人类健康构成严重威胁。光热疗法(PTT)是一种利用物理热杀灭细菌的新方法，具有较好的抗多药耐药能力和较低的全身毒性。然而，光热剂的不可控分布导致了正常细胞的致死温度，并且不能提供及时有效的抗菌管理。近日，江南大学严秀平教授通过将聚苯胺（PANI）和壳聚糖（GCS）接枝到持久发光纳米粒子（PLNPs）表面制备了PLNP@PANI-GCS，用于持续发光成像的pH可调纳米平台，该平台精确引导光热治疗在细菌感染的微环境中选择性地破坏病理细胞，同时保护附近的正常细胞。相关论文以” pH Switchable Nanoplatform for In Vivo Persistent Luminescence Imaging and Precise Photothermal Therapy of Bacterial Infection”为题，发表在《Adv. Funct. Mater.》上。（1）PLNPs长时间持续发光实现无荧光成像，PANI的pH依赖性光热转换特性在pH 6.5下获得比pH 7.4更强的光热效应，利用GCS的pH环境响应性表面电荷跃迁。（2）PLNP@PANI-GCS能够对细菌感染的酸性区域做出有效的反应，并在体内与细菌形成静电键合，确保近红外光照射和对细菌直接加热的空间准确性。（3）PLNP@PANI-GCS在治疗多药耐药细菌感染方面具有很大的潜力，其产生耐药性的可能性小，对正常细胞的危害小。要点1 纳米材料的制备和用于细菌感染光热治疗和发光成像作者以近红外发光PLNP为核心，利用650nm的LED光进行近红外持续发光，以PANI为外壳，在酸性条件下具有较高的光热转换效率。将核-壳纳米材料PLNP@PANI与GCS进一步功能化得到pH响应的PLNP@PANI-GCS (Scheme 1A)，用于酸性脓肿微环境的靶向治疗，提高疏水PANI壳的生物相容性。PLNP@PANI-GCS在酸性细菌感染脓肿中通过强静电与带负电荷的细菌细胞壁相互作用而转化为正电荷，在脓肿酸性微环境中产生活化的光热效应(Scheme 1B)。而PLNP@PANI-GCS对正常细胞的毒副作用可忽略不计，在正常生理pH值下呈微负电荷，与相邻正常细胞亲和力差，在正常生理环境下光热效应差。该多功能纳米平台提供了一种靶向的、无荧光的、精确的、可视化的PTT荧光成像技术，可以增强细菌的光热效应，但对正常细胞的伤害很小。Scheme 1 设计和制备多功能纳米平台PLNP@PANI-GCS为了确定PLNP@PANI-GCS的形貌和理化性质，作者依次通过TEM、热重分析仪、DLS、近红外成像、FT-IR 等表征，表明PANI和GCS成功接枝到PLNP上，PLNP@PANI-GCS厚度为5 nm的核-壳纳米结构，分布均一，具有优异的电荷转换能力。然后，由于GCS改性是实现酸性环境下电荷转换的关键，作者检测了不同pH条件下不同GCS修饰比例下PLNP@PANI-GCS的zeta电位。通过接枝不同比例的GCS，得到不同的zeta电位(图2A)。最终选择了PLNP@PANI: GCS为1:10，−4.7 mV、pH 7.4 到 19.0 mV、pH 6.5，并以最优比例验证光热特性。结果表明，近红外激光照射下PLNP@PANI-GCS在正常生理环境下具有良好的光热特性，但在细菌感染的酸性微环境中会产生高温杀灭细菌的作用。要点4 PLNP@PANI-GCS与细菌/正常细胞的体外相互作用作者分别以大肠杆菌(E. coli)、金黄色葡萄球菌(S. aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)作为革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和耐药菌的代表，评价PLNP@PANI-GCS的抗菌性能。Zeta电位表明，细菌是带负电荷，而纳米材料与各种细菌共孵育后转为正电荷（图3A）。在不同pH下，荧光具有明显差异（图3B）。结果表明，PLNP@PANI-GCS在酸性环境下对细菌有很强的亲和力(pH 6.5)，但对邻近的正常宿主细胞的亲和力很小(pH 7.4)。为了评估PLNP@PANIGCS的抗菌效率，作者在pH为6.5的PBS溶液中分别对E. coli、S. aureus和MRSA进行了细菌存活实验。结果表明，使用PLNP@PANI-GCS (1 mg mL−1 as PLNPs))结合近红外激光照射(808 nm, 1.5 W cm-2)杀灭三种细菌99%以上，具有非常优异的抗菌活性。随后，作者在LCSM上观察了PLNP@PANI-GCS的抗菌效果以及PLNP@PANI-GCS与细菌的相互作用。结果表明，PLNP@PANIGCS的光热效应和细菌靶向成像能力使其有望用于细菌的清除。以MRSA感染小鼠为实验对象，评价PLNP@PANI-GCS对细菌感染的体内靶向和成像性能。PLNP、PLNP@PANI、PLNP@PANI- GCS分别静脉注射于皮下脓肿小鼠体内。在获得指定时间点的近红外照片之前，进行了两分钟的LED照明。结果表明， 注射PLNP@PANI-GCS的小鼠在脓肿区域显示出一种随时间变化的发光积聚，使体内细菌感染的近红外余辉成像清晰。随着光热治疗后逐渐愈合，发光逐渐减少(图6B)。而PLNPs组和PLNP@PANI组小鼠脓肿区各时间点均难以看到发光信号(图6C)。网状内皮系统的强吞噬作用使脾脏和肝脏出现明显的发光信号。各离体器官的相对发光强度显示，PLNP@PANI-GCS主要积聚在肝脏和脾脏，其他器官可忽略不计(图6D)。随着时间的推移，肝脏和脾脏的发光信号逐渐减弱，提示PLNP@PANI-GCS可被小鼠缓慢代谢。要点8 PLNP@PANI-GCS的体内光热治疗能力为了评价PLNP@PANI-GCS的体内PTT性能，作者将感染MRSA的小鼠随机分为4个治疗组(PBS/激光照射组、PLNP@PANI-GCS组、PLNP@PANIGCS/激光照射组和空白对照组)。结果表明，PLNP@PANI-GCS激光照射对MDR细菌感染具有有效的抗菌活性，加速感染部位的愈合。图7 PLNP@PANI-GCS的体内光热治疗能力综上，作者报道了一种核-壳纳米结构的PLNP@PANI-GCS用于细菌感染的自荧光持续发光成像引导下的精确光热治疗。该纳米平台集可再生长余辉发光、pH依赖光-热转换特性、pH可调等优点于一体，对酸性细菌感染区域有特异性的PTT，但对正常组织无损伤。重要的是，PLNP@PANI-GCS不含抗生素，在治疗多药耐药细菌感染方面具有巨大的潜力。“高分子科学前沿”建立了“教师/PI群”，也欢迎添加小编微信（微信号：polymer-xiang ）,添加时请备注：名字-单位-职称-研究方向，一起参与讨论。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201909042来源：高分子科学前沿
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