智能复合纳米颗粒的制备及其在骨髓炎诊疗一体化的应用研究

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研究目的:  利用抗菌肽对UBI29-41对金黄色葡萄球菌的亲和性,结合MnO2在酸性条件下与H2O2智能响应产生氧气可促进光动力治疗的特点,本研究通过设计智能复合纳米颗粒,对骨髓炎进行荧光、光声、磁共振三模态成像及联合治疗,以评估其在骨髓炎诊疗一体化的效果。  研究方法:  以一种简单、重复性高的方法构建多功能纳米颗粒 BSA-MnO2-UBI29-41-ICG-Gent (BMUIG),通过透射电镜(TEM)、动态光散射(DLS)、紫外吸收光谱、Zeta电位变化等检测对所制备的纳米颗粒进行表征检测。将所制备的纳米颗粒BMUI与金黄色葡萄球菌进行共孵育,通过透射电镜、激光扫描共聚焦显微镜、流式细胞仪检测其与金黄色葡萄球菌的亲和性。体外抗菌实验以不同组别药物对金黄色葡萄球菌进行抗菌实验,通过荧光探针染色及吸光度分析检测金黄色葡萄球菌活性。取4周龄雄性ICR小鼠,于胫骨粗隆下方钻一个直径为1.5 mm的圆形单层缺损,注射金黄色葡萄球菌菌液,构建骨髓炎模型。通过尾静脉注射纳米颗粒,进行荧光/光声/磁共振三模态成像,监测纳米颗粒时间分布,并选择富集量最高的时间点引导光动力治疗。于治疗2、4周后进行计算机断层扫描(CT)成像,并取胫骨进行组织染色,评价纳米颗粒的治疗效果。  研究结果:  表征结果显示,成功制备粒径约 50 纳米的片状纳米颗粒 BMUIG,其生物相容性好,可特异性靶向金黄色葡萄球菌,其装载的吲哚菁绿(ICG)可实现荧光和光声成像。在骨髓炎的小鼠模型上,纳米颗粒快速到达骨髓炎病灶区域,12 小时到达富集最高峰,此时BMUIG组的荧光强度和光声强度分别是非靶向BMIG组高3.1倍和1.8倍。在酸性条件下, BMUIG可以与H2O2发生响应,一方面,产生大量氧气,经808 nm激光照射5分钟后,产生更多的单态氧,其产生单态氧的效率是游离ICG的3.1倍,在ICG=20μg/mL,庆大霉素=0.5μg/mL 的浓度下,有效抑制金黄色葡萄球菌活性,降低抗生素的使用剂量。另一方面,BMUIG纳米颗粒中的MnO2被还原成Mn2+,有效缩短组织的纵向驰豫时间和横向驰豫时间,其纵向驰豫率 r1=6.06 mM-1?s-1,是 BMUIG 纳米颗粒的 28 倍,横向驰豫时间r2=44.18 mM-1?s-1,是BMUIG纳米颗粒的98倍。在骨髓炎模型的小鼠上,显著增强骨髓炎病灶区域磁共振信号。对骨髓炎小鼠进行治疗,BMUIG 纳米颗粒组较其他治疗组更高效杀灭金黄色葡萄球菌,CT结果显示2周时BMUIG组有明显的新生骨痂形成,4周后骨缺损部位完全愈合。H&E染色结果显示治疗后2周,BMUIG组骨髓炎小鼠胫骨处没有看到炎症细胞浸润,4周后大量新生骨形成,缺损部位愈合效果较其他治疗组更好。  研究结论:  基于制备的智能复合纳米颗粒 BMUIG,有效靶向金黄色葡萄球菌,实现多模态成像和骨髓炎治疗。本研究结果对于临床骨髓炎的诊断和治疗具有科学意义和应用前景。
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