細(xì)菌生物膜具有感染能力，幾乎可以侵襲人體任何器官，對(duì)人類健康造成嚴(yán)重威脅。尤其是對(duì)于免疫功能低下的人群，細(xì)菌生物膜引發(fā)的嚴(yán)重慢性和持續(xù)性感染可能導(dǎo)致致命后果。當(dāng)前，治療生物膜感染常依賴于強(qiáng)化抗生素，但長(zhǎng)期用藥易導(dǎo)致耐藥性，不僅削弱治療效果，還可能誘發(fā)二重感染。準(zhǔn)確診斷生物膜感染對(duì)于有效治療至關(guān)重要，而傳統(tǒng)的診斷方法如組織活檢具有侵入性，耗時(shí)且可能延誤治療。因此，研發(fā)非侵入性診療手段，以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)菌生物膜感染的精準(zhǔn)診斷和治療，成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的迫切需求。

近日，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員盧珊、陳學(xué)元等研發(fā)出新型向日葵結(jié)構(gòu)的藻酸鹽裂解酶（Aly）-NaNdF4納米雜化診療材料。這種納米雜化材料在小鼠模型中實(shí)現(xiàn)了對(duì)銅綠假單胞菌生物膜誘導(dǎo)肺部感染的非侵入性光學(xué)診療。研究人員采用獨(dú)特的富集-包覆策略，將數(shù)百個(gè)超小NaNdF4納米顆粒封裝在介孔二氧化硅內(nèi)核中，形成尺寸均勻、單分散性好、介孔負(fù)載量大的納米雜化材料（NaNdF4@DMS-Aly）。該納米材料具備優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率和近紅外二區(qū)發(fā)射性能，在體內(nèi)治療和成像方面展示出良好潛力。此外，尺寸約為220 nm的NaNdF4@DMS-Aly更易遞送到肺部，提高了其生物利用度。

研究發(fā)現(xiàn)，在感染肺部，Aly酶因低pH環(huán)境而響應(yīng)釋放，降解生物膜中的藻酸鹽；材料表面轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)正電性，增強(qiáng)與銅綠假單胞菌的相互作用，延長(zhǎng)在肺部的停留時(shí)間。研究通過監(jiān)測(cè)肺部納米雜化材料的發(fā)光強(qiáng)度，可以實(shí)時(shí)評(píng)估生物膜感染程度。此外，Aly酶解與光熱殺菌的協(xié)同作用可實(shí)現(xiàn)對(duì)生物膜的強(qiáng)力清除，體外殺菌率為5.3 log10，達(dá)到消毒級(jí)別；對(duì)小鼠肺部細(xì)菌清除率達(dá)到了94%。該納米雜化材料主要經(jīng)肝和脾代謝，并且在靜脈注射8天后從體內(nèi)基本清除，有效避免了納米材料潛在的長(zhǎng)期毒性問題。

該工作基于稀土納米光學(xué)診療材料在生物膜誘導(dǎo)的肺部感染小鼠模型中實(shí)現(xiàn)了原位診斷、精準(zhǔn)治療和實(shí)時(shí)療效評(píng)估，對(duì)推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究和治療生物膜相關(guān)感染的臨床實(shí)踐具有重要意義。

相關(guān)研究成果以Customized Lanthanide Nanobiohybrids for Noninvasive Precise Phototheranostics of Pulmonary Biofilm Infection為題，發(fā)表在ACS Nano上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c00777