南京邮电大学汪联辉教授与宇文力辉副教授课题组发展了一种微环境响应型的纳米诊疗试剂，不仅可以实现细菌生物膜感染的双模式成像，而且能够缓解感染微环境的乏氧状态，增强光动力抗菌的治疗效果，该研究以“BiofilmMicroenvironment-ResponsiveNanotheranosticsforDual-ModeImagingandHypoxia-Relief-EnhancedPhotodynamicTherapyofBacterialInfections”为题发表在Research上（Research,,,DOI:10.//）。
[研究背景]
生物膜作为细菌群落系统化的生长组织，与多种顽固的细菌感染疾病有密切关系。生物膜内的细菌通过调整自身新陈代谢方式适应环境压力，发展出很强的耐药性，给传统的抗生素治疗带来极大挑战。光动力治疗能够通过光敏剂将氧气转化为强氧化性的单线态氧，可以高效杀死细菌。然而，细菌生物膜感染组织内部的乏氧状态严重限制了光动力抗菌的效果。另外，当前细菌生物膜感染的检测方法具有侵入性，存在检测时间长、灵敏度低、难以进行活体检测等问题。因而，实现细菌生物膜感染的灵敏检测与有效治疗仍具有一定的挑战性。
细菌生物膜感染组织存在酸性、乏氧、H2O2含量高等微环境，不仅可以作为独特的识别特征，而且也是潜在的治疗靶点。通过对微环境特征的有效识别与响应，并利用化学反应调控限制治疗效果的微环境因素，有望发展出高效的细菌生物膜感染诊疗试剂与技术。
[研究进展]
南京邮电大学汪联辉教授与宇文力辉副教授课题组设计了一种基于二氧化锰纳米片（MnO2NSs）与光敏剂Ce6的纳米诊疗试剂MBP-Ce6NSs。如图1所示，MBP-Ce6NSs进入细菌生物膜感染组织后，MnO2NSs在酸性环境中发生降解，释放出Mn2+以及Ce6，两者分别具有磁共振成像（MRI）和荧光成像（FLI）的功能。MnO2NSs还可以与生物膜感染组织中的H2O2反应产生O2，为光动力治疗提供充足的氧气，从而增强光动力抗菌的效果。
图1微环境响应型纳米诊疗试剂（MBP-Ce6NSs）的构建与应用
在感染耐甲氧西林金*色葡萄球菌（MRSA）的小鼠模型中，通过原位注射或尾静脉注射MBP-Ce6NSs后，感染组织的荧光与磁共振信号均显著强于正常组织，表明MBP-Ce6NSs可实现细菌生物膜感染的特异性FLI/MRI双模式成像（图2）。
图2MBP-Ce6NSs用于小鼠细菌生物膜感染的FLI/MRI双模式成像
通过尾静脉注射MBP-Ce6NSs并结合激光照射后，感染组织中活细菌的数量降低99.7%，显著优于单纯光动力治疗的杀菌效率（80.1%），表明缓解感染组织乏氧能够有效提高光动力治疗的抗菌效果（图3）。基于MBP-Ce6NSs的光动力治疗可以显著减小感染组织的面积，缩短感染组织的修复时间，有效提高细菌生物膜感染的治疗效果。
图3MBP-Ce6NSs缓解组织乏氧并增强光动力抗菌效果
[未来展望]
基于细菌生物膜感染组织的微环境特点，研究人员设计了响应型的纳米诊疗试剂，通过将微环境的响应与调控相结合，不仅能够实现细菌生物膜感染的特异性多模式成像，而且有效克服微环境对治疗效果的限制，为细菌生物膜感染的诊断与治疗提供了新思路。
[作者简介]
汪联辉，南京邮电大学材料科学与工程学院（信息材料与纳米技术研究院）教授，江苏省生物传感材料与技术重点实验室主任，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。主要研究领域为生物光电子学，围绕纳米生物材料、纳米生物传感、纳米诊疗技术等方面的关键科学问题及核心技术开展科学研究，取得了一系列原创性研究成果。主持国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划和国家重大科学研究计划课题等30余项科研项目。研究成果获中国分析测试协会科学技术奖一等奖和江苏省科学技术奖二等奖。
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《Research》是中国科协与美国科学促进会于年共同创办的定位为国际化、高影响力、世界一流水平、综合性、大型OA科技期刊，是美国《Science》自年创刊以来第一本合作期刊。主要发表生命科学、新材料研、新能源、人工智能、微纳米科学、环境科学、机械科学、机器人与先进制造8个具有巨大发展潜力的热点交叉领域突破性研究成果。目前已建立了93人的国内外各占50%、具有国际影响力的编委会，主编(中国)为西北工业大学常务副校长、中科院院士*维，主编(国际)为美国明尼苏达大学麦克凯特杰出教授崔天宏。已被CAS、CSCD、DOAJ、ESCI、INSPEC、PMC、Scopus数据库收录。
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