細菌生物膜通常對抗生素具有抗性，因此需要強有力的方法來去除。 最近，涉及多種治療方式的納米材料已被公認為對抗生物膜的有效替代品。 然而，其在細菌感染中的靶向和控制釋放仍然是一個重大挑戰(zhàn)。在這里，我們提出了一種智能光治療納米平臺，由適體 (Apt)、吲哚菁綠 (ICG) 和羧基功能化氧化石墨烯 (GO-COOH) 組成，即 ICG@GO-Apt，用于靶向治療由鼠傷寒沙門氏菌形成細胞膜。由于Apt共軛納米片（NSs）可以在病原體引起的膿腫附近特異性積累，它們大大提高了局部藥物分子濃度并促進了它們的精確遞送。 它們可以在近紅外輻射下同時產生熱量和活性氧，用于光熱/光動力療法，從而顯著增強生物膜的消除。 光療 ICG@GO-Apt 也顯示出良好的生物相容性。 更重要的是，多功能光療平臺在膿腫形成模型中顯示出有效的生物膜消除效率大于99.99%。 因此，具有細菌靶向能力的ICG@GO-Apt NSs為臨床細菌感染繞過抗生素耐藥性提供了可靠的工具。
圖 1. 808 nm激光輻照下 ICG@GO-Apt NSs 鼠傷寒沙門氏菌生物膜的分散過程示意圖。
圖 2. ICG@GO-Apt NSs 的表征。(A) ICG@GO-Apt 合成示意圖。 (B) ICG@GO-Apt NSs 的 TEM 顯微照片。 (C) GO-COOH、適體、游離 ICG 和 ICG@GO-Apt NSs 的紫外/可見吸收光譜。 (D) 在不同 ICG: GO-COOH 進料重量比 (100 μg m L-1) 下 ICG@GO NSs 中 ICG 的負載量和效率。 (E) GO、GO-COOH、ICG@GO 和 ICG@GO-Apt 的 Zeta 電位。
圖 3. ICG@GO-Apt NSs 的光熱和光動力特性。(A) 不同濃度 ICG@GO-Apt NSs 在 808 nm 激光照射 (1.0 W cm−2) 下的溫度變化曲線。 (B) ICG@GO-Apt NSs (80 μg m L−1) 在 808 nm 激光照射（0.5、1.0 和1.5 W cm
−2）下的溫度變化。 (C) 在 808 nm 激光照射下 ICG@GO-Apt NSs 溶液的開/關溫度變化。(D) ICG@GO-Apt NSs 在 808 nm 激光照射的五個開/關循環(huán)期間的溫度變化。(E) ICG與DPBF在808 nm 激光照射后與時間相關的吸收光譜。(F) DPBF探針溶液的吸光度在808 nm激光曝光后在410 nm處發(fā)生變化。
圖 4. Apt結合的NSs的細菌靶向能力和抗菌素效率的評估。(A) 不同細菌與FAM標記的 Apt (200 nM) 結合的共聚焦顯微鏡圖像。(B,C) S. Typhimurium 菌落板和相應的抗生物膜效率。 (D) NIR 照射不同時間的不同 NSs 的生物膜存活率。 (E)不使用 NIR 或使用 NIR 的不同濃度 ICG@GO-Apt 的生物膜存活百分比。
圖 5. 體外抗生物膜活性。 (A、B) 用結晶紫 (CV) 染色的不同處理生物膜的圖像和通過記錄 CV (595 nm) 的吸光度的 CV 的相應定量結果。 (C) 各自的顯微鏡圖像，比例尺：20 μm。 (D) 在 NIR 照射下用 PBS、GO、ICG@GO 和 ICG@GO-Apt 處理鼠傷寒沙門氏菌生物膜的 SEM 圖像；比例尺2μm。 (E)不同組處理后鼠傷寒沙門氏菌生物膜的 3D CLSM 圖像。
圖 6. NS 的細胞活力和溶血分析。 (A) 用不同劑量的 GO、ICG@GO 和 ICG@GO-Apt NSs 處理的 HEK 293 的生存能力。(B)在NIR 刺激后，HEK 293 與不同 NSs (80 μg m L-1) 孵育的細胞活力。(C) Triton X-100、PBS 和不同濃度 ICG@GO-Apt 的相對溶血率。 插圖是相應的照片。
圖 7. ICG@GO-Apt NSs 對鼠傷寒沙門氏菌病灶感染的體內治療效果。(A) 體內皮膚傷口感染模型的建立和治療示意圖。 (B,C) 實時熱成像圖像和相應的光熱加熱曲線。 (D、E) 傷口愈合過程中感染傷口的圖片和相應傷口面積的定量分析（0、1、3、5 和 7 天）。 (F) 在不同處理后的第七天，細菌對受感染的組織進行計數。(G) 各種處理后感染部位的蘇木精和伊紅染色圖像。
相關科研成果由湖南師范大學Dinggeng He和Le Deng等于2021年發(fā)表在ACS Biomaterials Science & Engineering （https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03039）上。原文：Efficient Eradication of Bacterial Biofilms with Highly Specific Graphene-Based Nanocomposite Sheets。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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