Advanced Healthcare Materials | 黃曦團隊：功能化銠納米粒子作為抗菌劑治療耐藥皮膚及軟組織感染
第一作者：譚青琴 通訊作者：黃曦，劉磊
通訊單位：深圳市第三人民醫(yī)院國家感染性疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，中山大學(xué)附屬第五醫(yī)院
近期，深圳市第三人民醫(yī)院黃曦教授團隊在Advanced Healthcare Materials上發(fā)表了Functionalized Rhodium Nanoparticles as Antimicrobial Agents for Treatment of Drug-Resistant Skin and Soft Tissue Infections一文，闡述了功能化銠納米粒子作為抗菌劑治療耐藥皮膚及軟組織感染的研究工作。皮膚及軟組織感染（SSTI）是門診患者中最常見的細菌感染性疾病之一。耐藥細菌的感染是SSTI患者治療失敗和死亡率增加的主要原因，嚴重威脅人類生命健康。在這項研究中，新一代銠納米顆粒（Rh NPs）與乙二醇殼聚糖和聚多巴胺功能化的RhNP (Rh@GCS)被開發(fā)用于治療耐藥SSTI。RhNPs對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和耐銀MRSA表現(xiàn)出良好的抗菌活性。修飾后的Rh@GCS表現(xiàn)出增強的抗菌活性，并可以通過增加細胞膜的通透性直接殺死各種耐藥細菌，包括革蘭氏陽性MRSA和革蘭氏陰性耐多藥大腸桿菌和銅綠假單胞菌。此外Rh@GCS在MRSA誘導(dǎo)的SSTI小鼠模型中有效抑制細菌生長并促進皮膚損傷的愈合。這些結(jié)果表明Rh@GCS是一種很有前途的非抗生素抗菌劑，可用于治療耐藥SSTI。
要點一：
本研究構(gòu)建了乙二醇殼聚糖（GCS）修飾的Rh NPs(Rh@GCS)作為抗菌劑，用于治療耐藥細菌引起的SSTI。當(dāng)Rh@GCS暴露在局部皮膚感染微酸性環(huán)境中時，其正電荷增加，從而誘導(dǎo)Rh@GCS與帶負電荷的細菌發(fā)生強烈的相互作用，提高其抗菌活性。
要點二：
Rh@GCS具有廣譜抗菌活性，可通過破壞細菌細胞膜殺死各種耐藥細菌，包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、耐多藥大腸桿菌和耐多藥銅綠假單胞菌。Rh@GCS已在MRSA誘導(dǎo)的皮下膿腫和感染的燙傷創(chuàng)面小鼠模型中得到驗證。
圖1.RhNPs的特性和抗菌作用。（A）AgTNPs的溶液照片及其TEM圖像。（B）Rh NPs的溶液照片及其TEM圖像。（C）合成的AgTNPs和RhNPs的水合粒徑和ζ電位。（D）由AgTNPs和Rh NPs處理后的MRSA菌落的照片。（E）基于圖（D）中照片的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌菌落計數(shù)。（F）耐銀耐甲氧西林金黃色葡萄球菌誘導(dǎo)示意圖。（G） 用AgNPs或RhNPs處理正常和耐銀 MRSA后的涂板菌落照片。（H）基于（G）中瓊脂板照片的菌落定量直方圖。
圖2. Rh@GCS的pH響應(yīng)表征和抗菌性能評估.（A）Rh@GCS的TEM圖像。（B） Rh@PDA和Rh@GCS的水合粒徑分布.（C）Rh@GCS在不同的pH（pH 4.4、5.4、6.4和7.4）下Zeta電位。（D）Rh@GCS在pH 7.4或6.3條件下處理后的細菌的代表性SEM圖像和涂板菌落照片（E）Rh@GCS在pH 7.4或6.3條件下處理后的細菌菌落的定量分析。（F）用PBS、PDA@GCS、RhNP以及Rh@GCS處理MRSA后瓊脂平板上菌落的照片.（G）基于（F）中瓊脂板的菌落計數(shù)。
圖3. Rh@GCS的體外廣譜抗菌活性。（A）經(jīng)PBS或Rh@GCS治療后的MRSA, MDR-E. coli, and MDR-PA的涂板菌落代表性照片。（B）在用PBS或Rh@GCS處理后MRSA, MDR-E. coli, and MDR-PA的菌落定量分析。（C）經(jīng)Rh@GCS治療后MRSA, MDR-E. coli, and MDR-PA的生長曲線（光密度：OD 600）。（D）經(jīng)Rh@GCS處理后的MRSA, MDR-E. coli, and MDR-PA的代表性SEM圖像。
圖4. Rh@GCS誘導(dǎo)細菌細胞膜的損傷。（A）在PBS或Rh@GCS治療后MRSA, MDR-E. coli and MDR-PA的共聚焦熒光圖像。（B）和Rh@GCS共孵育后受損細菌膜DNA/RNA泄漏的定量分析。（C）用PBS或Rh@GCS治療后MRSA, MDR-E. coli and MDR-PA的TEM圖像。
圖5.體內(nèi)抗菌試驗。（A）治療MRSA感染的膿腫小鼠模型的示意圖。（B）不同治療后的小鼠皮下膿腫存活菌落的定量分析。（C）在不同治療的小鼠中MRSA誘導(dǎo)的皮下膿腫的照片。（D）帶熒光Rh@GCS在注射膿腫后，0、6、12、24和48小時皮膚膿腫的熒光信號，以及48 h時在主要器官中的熒光分布。
圖6. Rh@GCS體內(nèi)抗菌和傷口愈合性能。（A）治療MRSA燙傷創(chuàng)面感染小鼠模型的示意圖。（B）不同治療下，各處理組小鼠感染創(chuàng)面存活菌落的定量分析。（C）各種治療后感染燙傷皮膚愈合過程的照片。（D）不同處理后的代表性H&E和Masson染色皮膚切片。
圖7. Rh@GCS的體內(nèi)外生物相容性。（A）CCK-8評估不同濃度的Rh@GCS下的細胞毒性。（B）不同量的Rh@GCS治處理后的溶血率。鹽水作為陰性對照，水作為陽性對照。（C）有或無Rh@GCS治療后小鼠的體重變化。血液分析包括（D）紅細胞計數(shù)和血紅蛋白（HGB）濃度，（E）白細胞（WBC）和中性粒細胞（Gran）計數(shù)，（F）丙氨酸轉(zhuǎn)移酶（ALT）和天冬氨酸轉(zhuǎn)移酶（AST）水平，（G）靜脈注射Rh@GCS或PBS 21天后處死的健康BALB/c小鼠的血尿素氮（URE）和肌酐（CRE）水平。（H）H&E染色。
結(jié)論：本研究設(shè)計了一種新型的基于RhNP的金屬抗菌納米材料用于治療耐藥SSTI。合成的RhNPs表現(xiàn)出比AgNPs更好的抗菌活性。RhNPs對耐藥細菌和抗銀細菌表現(xiàn)出類似的抑制作用。與pH響應(yīng)性的GCS結(jié)合后，形成的Rh@GCS隨著細菌在弱酸性環(huán)境中的增加，從而提高其殺菌能力。在許多情況下，SSTI涉及與多種細菌的共同感染。Rh@GCS表現(xiàn)出廣譜抗菌活性，甚至對耐多藥的革蘭氏陽性MRSA、革蘭氏陰性MDR-E.coli和MDR-PA也有抗菌活性。Rh@GCS通過增強其細胞膜的滲透性直接殺死細菌。與Ag納米材料相比，Rh@GCS在MRSA誘導(dǎo)的SSTI小鼠模型中表現(xiàn)出強大的抗菌作用，并在體內(nèi)促進膿腫和感染性燙傷創(chuàng)面的愈合。Rh@GCS無論是在體外還是在體內(nèi)，都可以證明其可作為治療耐藥SSTI的前瞻性非抗生素抗菌藥物。
全文鏈接： https:// doi.org/10.1002/adhm.202203200.
Cite：Qingqin Tan, Zhenxing Chen, Lei Liu*, Xi Huang*. Functionalized Rhodium Nanoparticles as Antimicrobial Agents for Treatment of Drug-Resistant Skin and Soft Tissue Infections. Advanced Healthcare Materials. 2023.
17312606166