基于萘酰亚胺的膜锚定聚集诱导发光光敏剂，用于近红外荧光成像和光动力消除多重耐药细菌

《Acta Biomaterialia》：Membrane-Anchoring Naphthalimide-Based Aggregation-Induced Emission Photosensitizers for NIR Fluorescence Imaging and Photodynamic Elimination of Multidrug-Resistant Bacteria

　　

Sayed Mir Sayed | Zeeshan Tahir | Yavuz Nuri Ertas

摘要

多重耐药（MDR）细菌感染需要能够绕过传统耐药机制的抗菌策略，并能在对宿主毒性最小的情况下实现局部作用。光动力疗法（PDT）是一种非侵入性方法；然而，其效果受到细菌靶向性不足、聚集导致的淬灭效应以及在生理条件下活性氧（ROS）生成量有限的限制。在此，我们开发了两种基于萘酰亚胺的聚集诱导发光（AIE）光敏剂TPAPV-NIM-mPy-M和TPAPV-NIM-Py-M，通过供体-π-受体分子设计将近红外（NIR）荧光成像与抗菌PDT相结合。这两种光敏剂均具有可见光吸收能力、显著的AIE特性和NIR发射能力，在聚集时能产生明亮的信号，从而便于快速观察细菌。在低强度白光照射下，它们可通过I型和II型途径高效生成ROS，支持依赖氧气和部分耐氧的杀菌机制。引入阳离子吡啶基团可促进细菌快速结合并特异性地定位于革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的膜上，从而将ROS限制在细菌包膜内，增强光灭活效果。值得注意的是，TPAPV-NIM-Py-M由于具有更长的π共轭结构和更强的分子内电荷转移能力，表现出更高的ROS生成量和更强的抗菌效果，对大肠杆菌（E. coli）、金黄色葡萄球菌（S. aureus）、耐万古霉素的粪肠球菌（VR E. faecium）以及多重耐药大肠杆菌（MDR E. coli）具有优异的抗菌效果，同时几乎不产生毒性。细胞毒性和溶血实验证实了其良好的生物相容性。TPAPV-NIM-Py-M还表现出强烈的抗生物膜活性。此外，在大肠杆菌感染的伤口模型中，TPAPV-NIM-Py-M能够有效实现体内光动力杀菌，显著加速伤口愈合和组织再生，且无全身毒性。这项工作建立了一种针对细菌膜的分子工程策略，用于高性能AIE光敏剂，并展示了其在图像引导下治疗多重耐药细菌感染和感染伤口的潜力。

意义声明

抗生素耐药性和生物膜相关感染推动了非抗生素抗菌疗法的需求。本研究介绍了基于萘酰亚胺的聚集诱导发光光敏剂，这些光敏剂能够锚定在细菌膜上，实现近红外荧光成像和活性氧的局部生成，从而进行光动力杀菌。膜靶向性提高了对革兰氏阳性和革兰氏阴性病原体的杀菌效果，包括多重耐药菌株，并支持体内感染伤口的治疗，同时具有良好的生物相容性。该工作为图像引导的抗菌光动力疗法提供了一种通用的分子设计策略。