細(xì)菌是地球生態(tài)圈中不可缺少的一部分，也是所有生物中數(shù)量最多的一類,。人類利用細(xì)菌改善生活的同時也飽受細(xì)菌的危害,，許多疾病如肺結(jié)核、炭疽病等都是由細(xì)菌引發(fā)的,。目前治療細(xì)菌感染最有效的方式便是使用抗菌藥物如抗生素,，但隨著抗生素的廣泛使用，越來越多的細(xì)菌產(chǎn)生了抗藥性,，這些抗藥性細(xì)菌的出現(xiàn)嚴(yán)重威脅著人類的身體健康,。因此，人們急需其他抗菌途徑來抵抗細(xì)菌感染,。目前,，除了抗生素之外，還有許多物質(zhì)也表現(xiàn)出了良好的抗菌效果,，如一些納米顆粒和非金屬抗菌物質(zhì),，但它們或者具有非特異性的生物毒性，或者具有漫長的代謝過程,，又或者難以合成,，這些缺陷都嚴(yán)重限制了它們在臨床上的應(yīng)用。

圖1. 光熱-抗菌藥物結(jié)合的抗菌系統(tǒng)示意圖

（圖片來源：Biomaterials）

近日,，東南大學(xué)吳富根教授報道了一種對抗細(xì)菌感染的水凝膠藥物貯庫系統(tǒng)PDA NP-Cip/GC（簡稱Gel-Cip）,。該系統(tǒng)由三部分組成：具有光熱效應(yīng)的聚多巴胺（Polydopamine, PDA）納米顆粒，具有抗菌性的環(huán)丙沙星（ciprofloxacin, Cip）,，富含氨基的交聯(lián)劑乙二醇?xì)ぞ厶牵℅lycol Chitosan, GC）。該系統(tǒng)在近紅外光的照射下不僅能釋放出抗菌藥物,，而且能產(chǎn)生足夠殺死細(xì)菌的高溫,。該研究成果以“Near-infrared light-controllable on-demand antibiotics release using thermo-sensitive hydrogel-based drug reservoir for combating bacterial infection”為題發(fā)表于Biomaterials(DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.09.045)。

圖2. a）Gel-Cip的合成路線,；b）聚多巴胺納米顆粒負(fù)載Cip前后表面電勢的變化,；c）Gel-Cip的光熱效應(yīng)；d）Gel-Cip在光照條件下藥物的釋放情況

（圖片來源：Biomaterials）

水凝膠的制備并不復(fù)雜，作者首先將環(huán)丙沙星與聚多巴胺納米顆粒進(jìn)行混合,，前者會因為π-π堆積作用及氫鍵而吸附到后者上（圖2a）,。之后，聚多巴胺納米顆粒上的醌基可以與一些親核試劑發(fā)生反應(yīng),，因此可以與乙二醇?xì)ぞ厶沁M(jìn)行交聯(lián)而得到所需要的水凝膠Gel-Cip（圖2a）,。在負(fù)載Cip之后，聚多巴胺納米顆粒的zeta電位從負(fù)變?yōu)檎▓D2b）,，作者表示這種表面電勢的變化更加有利于細(xì)菌的吸附,。而在得到了Gel-Cip后，作者對其光熱效應(yīng)及藥物釋放的能力進(jìn)行了測定,，結(jié)果表明該水凝膠在光照下不僅能讓體系的溫度快速升高（圖2c）,，而且能加快藥物釋放的速率（圖2d）。

圖3. a）Gel-Cip在體外的抗菌效果,；b）Gel-Cip在活體中的抗菌效果

（圖片來源：Biomaterials）

在了解了Gel-Cip的基本性質(zhì)后,，作者便開始研究其抗菌性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)單獨的光照（NIR）,、聚多巴胺納米顆粒（PDA NPs）及水凝膠（Gel）并沒有表現(xiàn)出對金黃色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌性（圖3a）,，而經(jīng)光照的聚多巴胺納米顆粒（PDA NPs+NIR）及水凝膠（Gel+NIR）則會由于聚多巴胺納米顆粒的光熱性起到一定的抑菌作用。相比之下,，使用抗菌藥物的效果更好（Cip和Cip+NIR）,。但是，如果不進(jìn)行光照,，水凝膠中的Cip釋放得較為緩慢,，在一定時間內(nèi)其（Gel-Cip）抗菌效果沒有直接使用Cip明顯，而光照后的Gel-Cip（Gel-Cip+NIR）完全抑制了細(xì)菌的生長,?；诹己玫捏w外抗菌實驗結(jié)果，作者進(jìn)一步進(jìn)行了活體的抗菌實驗研究,，也獲得了類似的實驗結(jié)果（圖3b）,。

全文亮點：多系統(tǒng)協(xié)同合作往往能發(fā)揮1+1>2的效果，作者將光熱及抗菌藥物結(jié)合在一起,，實現(xiàn)了超高效的抗菌效果,。