光动力灭活（PDI）疗法如何控制细菌感染？

       新冠，猴痘，还有其它各色细菌感染，对人类产生了巨大威胁，仅仅从细菌感染的角度来说，光动力灭活（PDI）疗法是控制细菌感染的一种有效途径。

       光动力疗法(PDT)是利用光和光敏剂产生的光动力效应进行疾病诊断和治疗的一种新技术，该疗法可以诱导细胞和微生物失活，将PDT用于灭活微生物、抗微生物化学治疗被称为光动力抗菌化学疗法(PACT)，针对的病原菌包括金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌、大肠杆菌、牙龈卟啉单胞菌及多重耐药菌等。

       在众多光敏剂介导的光动力抗菌研究中，人工合成单一成分的光敏剂所占比例最高，根据结构类型可分为卟啉类光敏剂、酞菁类光敏剂、卟吩类光敏剂等。天然产物光敏剂来源于植物，具有生物相容性好、来源广泛、化学结构新颖等优势。高分子光敏剂通常具有水溶性好和生物相容性好的优势，克服了天然产物在生理pH水平下迅速分解的缺陷。靶向光敏剂具有作用部位选择性高的优势，将光敏剂制成脂质体等靶向制剂介导光动力疗法具有杀菌作用。化学发光激发的靶向光动力作用能够解决传统激光光动力穿透力弱的问题，并有效杀灭病原菌。

       光动力可与其他抗菌方法联用以弥补各自的不足，达到协同杀菌的目的。维生素E类似物Trolox能提高近红外激光照射下吲哚花青绿介导的光动力杀菌作用；脱乙酰壳聚糖可以增强血卟啉或亚甲蓝介导的光动力疗法对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌等多种菌种的杀灭作用，具有光动力杀菌增效作用，其作用强度与光动力对细菌的损伤程度和脱乙酰壳聚糖的脱乙酰水平有关。

       近期，东华大学的易涛教授、张灯青副教授课题组发展了基于铂(II)基大环自组装体系、具有连续能量转移过程的光捕获体系，并成功用于抗菌治疗（图1）。 

       图1. 光捕获体系的构筑及抗菌应用示意图

       利用配位键导向自组装方法将具有聚集诱导发光（AIE）特性的四苯乙烯基团引入到铂(II)大环化合物PtTPEM中，PtTPEM在水/DMSO (99:1, v/v) 溶液中自组装形成纳米球状聚集体，显示了良好的AIE特性，可以作为光捕获体系的理想能量供体。由于PtTPEM的发射光谱和SR101的吸收光谱有较好的重叠，当加入能量受体SR101后，SR101能够进入PtTPEM组装体的内部，构筑了一步能量转移光捕获体系PtTPEM-SR101。在410 nm激光的照射下，PtTPEM在550 nm处的发射峰逐渐减弱，而608 nm处归属于SR101的发射峰逐渐增强，在能量给体-受体摩尔比为20:1时，能量转移效率达到76.9%，天线效应为41.11，荧光量子产率为55.55%。

       继续加入第二个能量受体Ce6后，归属于PtTPEM-SR101组装体的608 nm处的发射峰逐渐减弱，而归属于Ce6的670 nm处的发射峰逐渐增强，荧光颜色由橙黄变为橙红色。在PtTPEM-SR101-Ce6 (20:1:2) 体系中，荧光量子产率、第二步能量转移效率和天线效应分别达到37.64%、91.30%和44.13。荧光寿命由 τ1 = 4.60 ns，τ2 = 23.5 ns (PtTPEM-SR101组装体) 减少到 τ1 = 1.93 ns，τ2 = 4.29 ns (PtTPEM-SR101-Ce6组装体)。实验结果表明成功实现了从PtTPEM组装体到SR101再到Ce6的两步连续能量转移（图2）。

       图2. （a）向PtTPEM中加入不同量的SR101的发射光谱变化图。（b）向PtTPEM-SR101体系中加入不同量的Ce6的发射光谱变化图。（c）PtTPEM与PtTPEM-SR101（20:1）的荧光寿命衰变曲线。（d）PtTPEM-SR101与PtTPEM-SR101-Ce6（20:1:2）的荧光寿命衰变曲线。

       为了更好地开发光捕获体系的应用范围，PtTPEM-SR101-Ce6体系被用于光动力抗菌治疗。在白光照射下，金黄色葡萄球菌的存活率在大环浓度为2 μM时从约74%降至几乎为零（图3）；大环浓度为5 μM时大肠杆菌的存活率从约14%降至约5%。结果表明，PtTPEM1?SR101?Ce6体系在铂（II）金属环处于较低浓度下可表现出更高的抗菌活性，因此将金属环与PDI结合可以显著降低细菌的耐药性风险。与Ce6、PtTPEM和一步能量转移的光捕获体系PtTPEM-SR101相比，具有两步连续能量转移的光捕获体系PtTPEM1?SR101?Ce6表现出更高的抗菌活性，因此这种以近红外光敏剂Ce6为最终能量受体的人工光捕获体系在抗菌应用中展现出广阔的应用前景。

       图3. （a）分别用PtTPEM、PtTPEM?SR101（20:1）、PtTPEM?SR101?Ce6（20:1:2）和Ce6处理的金黄葡萄球菌，在光照条件或黑暗条件下的琼脂平板上的照片（c = 10 μM）；在黑暗（b）和光照射（c）下，对PtTPEM、PtTPEM?SR101（20:1），PtTPEM?SR101?Ce6（20:1:2）和Ce6浓度的大肠杆菌活性。

       文献参考：

       Near?Infrared Emissive Cascaded Artificial Light?Harvesting System with Enhanced Antibacterial Efficiency

       Maowen Chen, Zhenni Lu, Man Li, Bei Jiang, Senkun Liu, Yinuo Li, Bangrui Zhang, Xianying Li, Tao Yi, Dengqing Zhang

       Adv. Healthc. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adhm.202300377