伟德国际1946源于英国宋玉君课题组开发一种可见光催化的氧化应激放大器用于清除复杂菌感染

近日，伟德国际1946源于英国宋玉君教授课题组开发一种新型的氧化应激放大器策略用于清除耐药菌引起的复杂感染。相关成果以“Gallium–Carbenicillin Framework Coated Defect-Rich Hollow TiO₂as a Photocatalyzed Oxidative Stress Amplifier against Complex Infections”为题发表在《Advanced Functional Materials》。

抗生素的过度使用已导致抗生素耐药性（AMR）的广泛发展，因此迫切需要开发安全，有效和新颖的策略用于对抗多药耐药性（MDR）细菌感染。随着新抗生素开发方法的枯竭，利用细菌的营养代谢通路来对抗耐药细菌感染成为一种可能的选择。而通常情况下，伤口感染处总是包含几种细菌，最常见的两种细菌是耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和铜绿假单胞菌（PA）。它们很容易形成生物膜，从而降低抗生素的渗透性，阻碍伤口愈合，大大降低抗生素的功效。因此，建立针对包括耐药菌引起的复杂感染的多功能抗菌系统显得尤为重要。

铁元素由于其独特的氧化还原电位，在细菌内多种蛋白质和DNA的合成当中扮演着重要的角色。而Ga3+可作为Fe3+的替代物可被细菌摄取并抑制细菌DNA合成酶和抗氧化防御系统，降低细菌抵御外界氧化物的能力。基于此，我们制备了一种基于可见光激发的ROS发生器（H-TiO2-x），通过与Ga3+里应外合构建一种新型的氧化应激放大器，彻底摧毁耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的抗氧化防御系统，最终导致MRSA的死亡。同时，利用Ga3+与羧苄青霉素（Car）的配位能力，制备得到一种含有抗生素的金属有机框架（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共同引起的复杂感染。在细菌感染处，Ga-MOF可释放出羧苄青霉素用于清除非耐药菌（PA），降低形成生物膜的概率。与此同时，释放出的镓离子则通过与H-TiO2-x的协同作用有效的抑制MRSA的增殖，最终实现对复杂感染的有效控制。

图1.（A）H-TiO_2-x@MOF的合成路线示意图。（B）H-TiO_2-x@MOF用于清除MRSA和PA引起的复杂感染示意图。（C）Ga³⁺与H-TiO_2-x通过“里应外合”策略构建氧化应激放大器用于破坏MRSA抗氧化防御系统示意图。

图2. （A） Ga³⁺ 与H-TiO_2-x发挥协同效应示意图。B，C）不同浓度Ga³⁺对MRSA的SOD酶及CAT酶活性的影响。D，E）Ga³⁺ 与H-TiO_2-x 对MRSA及PA随时间变化的抑制效率。（F-I）不同浓度Ga³⁺处理MRSA对过氧化物（tert-butyl，H₂O₂）和超氧化物（H-TiO_2-x，PMS）的敏感性测试。（J-K）棋盘法分别测定Ga³⁺ 与H-TiO_2-x对MRSA及PA的协同作用。

该研究工作提供了一种基于营养代谢的可见光催化氧化应激放大策略用于MRSA的清除，通过Ga³⁺与抗生素形成金属-有机框架结构，同时实现对复杂感染创中多种细菌的有效清除，促进伤口痊愈，为抗生物滥用导致耐药菌感染的治疗提供了新的思路。

伟德国际1946源于英国的宋玉君教授为该研究工作的通讯作者，17级博士生杨婧婧为本论文的第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金，江苏省自然科学基金，江苏省双创计划等项目的资助。