在拉曼影像監(jiān)控下智能手機激活的感染性角膜炎快速診療一體化研究。
細菌感染已成為威脅人類健康的關鍵原因之一，尤其是耐藥菌的不斷出現(xiàn)和新型抗生素研發(fā)的滯后。例如，耐藥菌感染性角膜炎已經(jīng)成為我國主要致盲性疾病之一。
基于納米銀的抗菌策略最近引起了廣泛關注，它可以與光子結(jié)合誘導多模式抗菌治療，如光熱療法（PTT）、 光動力療法（PDT）、光催化療法和化學動力療法。但越來越多的研究表明，納米銀的過度釋放游離Ag+會導致細胞毒性。
并且當PDT和PTT通常采用近紅外激光激發(fā)治療脆弱組織感染，如眼睛和皮膚時，應仔細檢查光源的安全性和適用性。因此，針對耐藥細菌的生物相容性、高效且準確的銀基抗菌策略仍然具有挑戰(zhàn)性。
另一方面，準確檢測感染部位的病原菌可以提供有關治療反應的關鍵信息。然而，標準菌落計數(shù)技術、生物化學鑒定和聚合酶鏈式反應 (PCR)，非常耗時，并且無法提供整個受感染組織的概覽。最近新興的診斷技術中 表面增強拉曼散射 (SERS) 成像是一種高度靈敏且功能強大的分析工具，能夠快速、非侵入性地檢測細菌及其生物過程。因此，開發(fā)高度敏感和特異性的新技術實現(xiàn)早期、精準診斷細菌性角膜炎及新型抗菌策略，用來有效治療耐藥菌并干預其感染進程，是我們角膜炎治療領域的重大社會需求，對提升難治性感染性角膜炎具有非常重要的科學意義和社會發(fā)展需要。
圖1：銀基納米異質(zhì)結(jié)(AgH@M)用于診斷與治療
耐藥菌感染角膜炎與皮膚病
為此，浙江大學周民研究員團隊聯(lián)合浙大二院眼科中心、浙江大學眼科醫(yī)院姚克教授與陳祥軍研究員團隊在國際知名期刊Nano today（IF: 17.4）在線發(fā)表題為“Smartphone-Triggered Targeted Inactivation of MRSA under SERS Monitoring”的研究論文。該課題報道了4-巰基苯硼酸(4-MPBA)修飾的Ag2CO3/Ag2O納米異質(zhì)結(jié)(AgH@M)，它可以在智能手機白光照射下實現(xiàn)單細胞SERS識別并通過開啟光催化過程有效根除MRSA。AgH@M 可以同時執(zhí)行多種功能，包括 MRSA 靶向、拉曼探針分子以及通過 4-MPBA 分子抑制過量銀離子釋放。此外，感染部位的殘留細菌被AgH@M點亮并在體外和體內(nèi)進行長達7天的實時監(jiān)測。我們進一步證明，由于充分利用有限釋放的Ag+靶向注射到MRSA中，AgH@M對MRSA感染角膜炎取得了令人滿意的治療效果，并且在生物安全性方面具有顯著優(yōu)勢。最后，潛在的抗菌機制涉及光催化行為的活性氧(ROS)的大量產(chǎn)生以及群體感應相關基因、毒力相關基因、生物膜相關基因和ATP結(jié)合(ABC)轉(zhuǎn)運蛋白相關基因的下調(diào)。
圖 2 ：AgH 納米異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)表征
圖 3 ：AgH@M 表面增強拉曼(SERS)功能
與智能手機激發(fā)下的光催化行為
圖 4 ：單個細菌 SERS 識別及光激活抗菌
圖5 ：SERS 影像監(jiān)控下的細菌性角膜炎的
監(jiān)控與治療
浙江大學轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究院博士生何健，浙大二院眼科中心博士生葉洋為本文的第一作者與共同第一作者。浙江大學周民研究員、浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院眼科中心、浙江大學眼科醫(yī)院姚克教授與陳祥軍研究員為論文的共同通訊作者。上述研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、浙江省重點研發(fā)計劃項目基金、創(chuàng)新研究院醫(yī)藥轉(zhuǎn)化項等基金項目的大力支持。
在發(fā)展新型的耐藥菌抗菌策略方面，近年來，周民研究員團隊聯(lián)合姚克教授團隊針對細菌性角膜炎，眼內(nèi)炎等眼科耐藥細菌感染疾病，難治性真菌性角膜炎，以及耐藥菌感染的肺炎與難愈合傷口，設計了多種新型抗菌劑與策略，特別是設計的銅源眼用納米凝膠抗菌手段，已經(jīng)開展相關臨床試驗，并且取得了滿意的臨床抗菌效果（Nano Today 2023; ACS Nano 2023; Adv. Mater. 2022；ACS Nano 2022; Nano Today 2022；ACS Appl. Mater. Interfaces 2022; ACS Nano 2021; Bioact. Mater. 2021; Biomaterials 2021；ACS Nano 2020; Theranostics 2020; Appl. Mater. Interfaces 2019; Appl. Mater. Interfaces 2018；）。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.nantod.2023.102012
浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院眼科中心 浙江大學眼科醫(yī)院