pH响应型智能介孔二氧化硅载体应用于金黄色葡萄球菌生物膜的光动力杀菌研究

来源 :江南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:urtracy2009
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抗生素的过度使用会导致细菌耐药性提高,耐药细菌尤其是具有产生物膜能力的耐药细菌的增加,会使全球细菌性感染更为严重,对人类健康构成重大威胁。其中,金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)是重要的食源性致病菌之一,能够在食品加工管道等刚性材料表面形成生物膜,造成食品污染。同时,金黄色葡萄球菌也是临床中常见的一类致病菌,由于能够形成生物膜而常会黏附于植入式医疗设备和器械的表面,引起慢性感染。传统的抗生素治疗对生物膜相关病原体的灭菌效率较低,因此迫切需要开发新的治疗方法。在此背景下,本研究构建了p H响应型智能介孔二氧化硅载体,装载光敏剂并应用于生物膜相关细菌的光动力杀菌。为降低细菌耐药性产生和发展的风险,本研究基于生物膜微环境为弱酸性的特性,首先合成了氨基修饰的中空介孔二氧化硅纳米颗粒(Amino hollow mesoporous silica,AHMSN),在透射式电子显微镜下的直径约为155 nm,空腔结构和介孔结构清晰可见。将AHMSN作为载体负载光敏剂姜黄素(Curcumin,Cur),为研究不同电性的纳米系统在生物膜中扩散效果,分别采用两种方式对AHMSN功能化。其一,采用聚多巴胺(Polydopamine,PDA)修饰构建带负电的AHMSN@PDA@Cur纳米递送系统,其二,采用戊二醛(Glutaraldehyde,GA)交联聚乙烯亚胺(Polyethylenimine,PEI)修饰,通过希夫碱反应封闭AHMSN的多孔结构,形成带正电荷的AHMSN@GA@PEI@Cur。由于PDA在低p H下易裂解,且希夫碱键同样具有p H敏感性,因此所合成的两种纳米递送系统均具有p H响应释放的性质。溶液中不同p H条件下的Cur释放曲线结果显示,未经修饰的AHMSN@Cur在不同p H下的释放率均在80%作用,经修饰后的两种纳米粒子在p H 7.4条件下较低,随着p H值的降低,两者释放率均有所提高,在p H 5.0时,Cur释放率分别达到87.65%和87.88%,证明AHMSN@PDA@Cur和AHMSN@GA@PEI@Cur两种纳米递送系统均具有良好的p H响应性释放性能。构建好成熟的S.aureus生物膜后,采用罗丹明B(Rhodamine B;Rh B)标记的纳米递送系统在激光共聚焦显微镜下验证纳米系统在生物膜中的扩散,结果显示带正电的AHMSN@GA@PEI@Cur纳米粒子在生物膜中有更好的扩散效果。在生物膜的微酸性环境中,p H门控材料中的希夫碱键裂解,将Cur释放到生物膜中。光敏剂Cur释放后,生物膜经蓝色LED灯照射后,生物膜中活菌数量较对照组减少98.20%,生物膜清除率达到72.05%。本研究所构建的p H响应型光敏剂传递系统可以有效地靶向生物膜相关的病原体,产生光动力灭菌作用,且不会产生抗生素耐药性,在生物膜杀菌及生物膜清除领域有良好的应用潜力。
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