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            宋玉君課題組開發了一種可見光催化的氧化應激放大器用于清除復雜菌感染

            來源:分析化學 閱讀數:207 時間:2020-09-29 09:03:51

            近日,現代工學院宋玉君教授課題組開發一種新型的氧化應激放大器策略用于清除耐藥菌引起的復雜感染。相關成果以“Gallium–Carbenicillin Framework Coated Defect-Rich Hollow TiO2as a Photocatalyzed Oxidative Stress Amplifier against Complex Infections”為題發表在《Advanced Functional Materials》。


            抗生素的過度使用已導致抗生素耐藥性(AMR)的廣泛發展,因此迫切需要開發安全,有效和新穎的策略用于對抗多藥耐藥性(MDR)細菌感染。隨著新抗生素開發方法的枯竭,利用細菌的營養代謝通路來對抗耐藥細菌感染成為一種可能的選擇。而通常情況下,傷口感染處總是包含幾種細菌,最常見的兩種細菌是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)和銅綠假單胞菌(PA)。它們很容易形成生物膜,從而降低抗生素的滲透性,阻礙傷口愈合,大大降低抗生素的功效。因此,建立針對包括耐藥菌引起的復雜感染的多功能抗菌系統顯得尤為重要。


            鐵元素由于其獨特的氧化還原電位,在細菌內多種蛋白質和DNA的合成當中扮演著重要的角色。而Ga3+可作為Fe3+的替代物可被細菌攝取并抑制細菌DNA合成酶和抗氧化防御系統,降低細菌抵御外界氧化物的能力?;诖?,我們制備了一種基于可見光激發的ROS發生器(H-TiO2-x),通過與Ga3+里應外合構建一種新型的氧化應激放大器,徹底摧毀耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)的抗氧化防御系統,最終導致MRSA的死亡。同時,利用Ga3+與羧芐青霉素(Car)的配位能力,制備得到一種含有抗生素的金屬有機框架(Ga-MOF),并成功包覆在H-TiO2-x的表面(H-TiO2-x@MOF),用于清除MRSA和PA共同引起的復雜感染。在細菌感染處,Ga-MOF可釋放出羧芐青霉素用于清除非耐藥菌(PA),降低形成生物膜的概率。與此同時,釋放出的鎵離子則通過與H-TiO2-x的協同作用有效的抑制MRSA的增殖,最終實現對復雜感染的有效控制。



            圖1.(A)H-TiO2-x@MOF的合成路線示意圖。(B)H-TiO2-x@MOF用于清除MRSA和PA引起的復雜感染示意圖。(C)Ga3+與H-TiO2-x通過“里應外合”策略構建氧化應激放大器用于破壞MRSA抗氧化防御系統示意圖。



            圖2. (A) Ga3+ 與H-TiO2-x發揮協同效應示意圖。B,C)不同濃度Ga3+對MRSA的SOD酶及CAT酶活性的影響。D,E)Ga3+ 與H-TiO2-x 對MRSA及PA隨時間變化的抑制效率。(F-I)不同濃度Ga3+處理MRSA對過氧化物(tert-butyl,H2O2)和超氧化物(H-TiO2-x,PMS)的敏感性測試。(J-K)棋盤法分別測定Ga3+ 與H-TiO2-x對MRSA及PA的協同作用。

             

            該研究工作提供了一種基于營養代謝的可見光催化氧化應激放大策略用于MRSA的清除,通過Ga3+與抗生素形成金屬-有機框架結構,同時實現對復雜感染創中多種細菌的有效清除,促進傷口痊愈,為抗生物濫用導致耐藥菌感染的治療提供了新的思路。


            南京大學現代工程與應用科學學院的宋玉君教授為該研究工作的通訊作者,17級博士生楊婧婧為本論文的第一作者。該研究工作得到了國家自然科學基金,江蘇省自然科學基金,江蘇省雙創計劃等項目的資助。

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