基于电荷控制的离子精油负载脂质体，用于增强对单核细胞增生李斯特菌生物膜的渗透作用及清除效果

《Food Research International》：Charge-governed ionic essential oil-loaded liposomes for enhanced penetration and removal of Listeria monocytogenes biofilms

本研究采用表面修饰技术制备了阴离子和阳离子Litsea cubeba精油负载脂体（RL-LC-LPs和CS-LC-LPs），通过调控电荷密度和粒径优化其稳定性与生物膜穿透能力。实验表明阴离子脂体因纳米尺寸和弱EPS吸附表现出更强的生物膜穿透能力，而阳离子脂体通过静电作用增强表面吸附。在食品接触材料上验证显示该体系能有效清除李斯特菌生物膜并降低二次污染风险，为开发新型生物膜靶向递送系统提供理论依据。

　　

Jinming Dai|Mei Bai|Tariq Aziz|Fatma Alshehri|Nada K. Alharbi|Ashwag Shami|Fakhria A. Al-Joufi|Haiying Cui|Lin Lin

江苏大学食品与生物工程学院，中国镇江212013

摘要

Listeria monocytogenes生物膜的高发和传播对传统的杀菌方法构成了重大挑战，对食品安全构成了严重威胁。在本研究中，利用Litsea cubeba精油（LC-EO）作为植物源抗菌剂，探讨了离子型LC-EO负载脂质体对monocytogenes生物膜的渗透和清除机制。通过使用鼠李糖脂和壳聚糖进行表面修饰，成功制备了两种具有相反电荷但电荷密度和粒径相当的离子型精油负载脂质体。与常规脂质体相比，这些表面修饰的脂质体在各种水环境中的稳定性显著提高，并且在去除生物膜方面表现出优异的效果。生物膜保留实验表明，阴离子脂质体具有更强的生物膜渗透能力，而阳离子脂质体在生物膜表面的吸附率更高。当应用于不同的食品接触表面时，离子型脂质体溶液能有效去除monocytogenes生物膜，减少二次污染，从而提高食品安全。

引言

Listeria monocytogenes是一种主要的食源性病原体，能够在冷藏温度下繁殖，并对环境压力（包括低pH值、低水分和高盐度）具有较高的耐受性（Rajalingam & Van Haute, 2025）。在食品工业中，80%的细菌感染与生物膜有关（Ma et al., 2022）。monocytogenes能够在食品表面以及不锈钢、聚丙烯、橡胶和玻璃等食品接触材料上形成生物膜（Byun & Kim, 2023）。在生物膜的保护下，细菌可以在食品加工环境中存活数月甚至数年，通过交叉污染导致食源性疾病（Rajalingam & Van Haute, 2025）。传统的清洁方法往往不足以完全去除生物膜。此外，反复使用季铵盐和酚类消毒剂还会增强monocytogenes生物膜的耐受性。高剂量使用化学消毒剂还会引发安全问题，包括化学残留的风险（Olszewska et al., 2016）。因此，对生物膜污染的担忧推动了新型抗菌剂的发展。

精油活性化合物，如Litsea cubeba精油（LC-EO），是一类有前景的天然抗菌剂（Li et al., 2016; Yang et al., 2023）。由于其安全性、有效性和广泛可用性，这些活性小分子在控制食源性病原体方面具有明显优势。除了抗菌作用外，LC-EO还被证明能够有效抑制和清除多种细菌形成的生物膜，包括monocytogenes（Wang, Cen, et al., 2021）。研究表明，LC-EO可以减少细菌的粘附性和疏水性，降低胞外多糖的分泌，从而抑制生物膜的形成并促进生物膜的清除（Li, Bai, et al., 2022）。此外，它还能破坏细菌细胞膜，导致生物膜内的细胞破裂和死亡。作为一种天然混合物，LC-EO通常被认为不太可能诱导细菌产生抗性。然而，精油的实际局限性，特别是水溶性差、化学不稳定性和高挥发性，促使人们开发了用于抗菌的应用策略。囊泡药物递送系统（VDDS）因其生物相容性、稳定性、可调大小和易于表面功能化而成为对抗生物膜的有希望的候选方法（Makhlouf et al., 2023）。

作为重要的VDDS，脂质体表现出优异的生物相容性和生物降解性，以及广泛的包封能力。研究表明，脂质体能够有效渗透生物膜的胞外聚合物物质（EPS），从而将活性物质递送到生物膜结构中（Hasanzadeh Baboli et al., 2023）。脂质体的表面电荷是影响其渗透效率的关键因素。尽管阳离子纳米载体通常更适用于生物膜渗透，但它们的表面倾向于吸附EPS，形成大分子层，增加粒径并阻碍渗透（Chai et al., 2020）。据报道，带正电的纳米球在生物膜中会受到EPS的阻碍，而带负电的纳米球在接近细菌膜时可能会遇到静电排斥（Messiaen et al., 2013）。在一项针对耐甲氧西林Staphylococcus aureus（MSSA）生物膜的研究中，尽管阳离子脂质体具有很强的生物膜吸附能力，但并未转化为更好的抗菌效果。相反，阴离子脂质体显示出更大的治疗潜力，能够更安全、更有效地控制MSSA生物膜感染（Ferreira et al., 2021）。因此，深入理解脂质体-生物膜相互作用，特别是表面电荷在生物膜渗透中的作用，对于合理设计高效的生物膜靶向递送系统至关重要。

在这项研究中，开发了一种具有可调表面电荷的模型脂质体系统。具体来说，使用鼠李糖脂和壳聚糖对阴离子和阳离子脂质体进行表面修饰，使其具有相反的表面电荷但相似的粒径和电荷密度。主要目的是阐明表面电荷如何影响脂质体在Listeria monocytogenes生物膜中的渗透、保留和清除效率。为了将表面电荷的作用与其他实际变量区分开来，本研究采用了静态浸没模型。对制备的离子型脂质体的理化性质进行了表征，并在实验室条件下初步评估了它们在食品接触表面的适用性。从这项工作中获得的见解有望支持专门为生物膜控制设计的脂质体剂的发展。

部分摘录

细菌菌株、培养和试剂

monocytogenes ATCC BAA-679/EDG-e菌株来自中国北京的BeNa Culture Collection。细菌在脑心浸液（BHI）培养基中（Hopebio，青岛，中国）于37°C下振荡培养30小时。LC-EO（纯度≥98%）由湖南省木质油资源利用国家重点实验室提供，其化学数据已在先前的研究中报告（Bai et al., 2023）。使用的鼠李糖脂（≥95%）和壳聚糖的脱乙酰度为70%

离子型脂质体的表征

RL-LC-LPs和CS-LC-LPs分别通过使用鼠李糖脂和壳聚糖进行表面修饰而合成。脂质体的理化性质受到鼠李糖脂浓度（图S2，表S2）和壳聚糖脱乙酰度（DD）的影响（图S3，表S3）。基于这些结果，将大豆卵磷脂与鼠李糖脂的质量比优化为3:1用于RL-LC-LPs，并选择脱乙酰度为70%的壳聚糖用于CS-LC-LPs，以确保最大效果

结论

本研究成功制备了具有可控表面电荷的LC-EO负载离子型脂质体，并系统地证明了表面电荷是调节脂质体与monocytogenes生物膜相互作用的关键因素。阴离子脂质体（RL-LPs）表现出优异的生物膜渗透能力，这归因于它们对EPS的弱吸附和纳米尺寸效应。相比之下，阳离子脂质体（CS-LPs）通过静电相互作用在生物膜表面实现了强烈的保留。

CRediT作者贡献声明

Jinming Dai：撰写——原始草稿，资金获取，正式分析。Mei Bai：方法学，研究。Tariq Aziz：资源。Fatma Alshehri：软件，资金获取。Nada K. Alharbi：验证。Ashwag Shami：撰写——审阅与编辑。Fakhria A. Al-Joufi：撰写——审阅与编辑。Haiying Cui：监督，项目管理。Lin Lin：撰写——审阅与编辑，可视化，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了中国博士后科学基金会（2025M772966）和江苏省优秀博士后人才资助计划（2025ZB894）的支持。作者感谢Princess Nourah bint Abdulrahman大学研究人员的支持项目编号（PNURSP2026R228），Princess Nourah bint Abdulrahman大学，沙特阿拉伯利雅得。