Ph可变纳米载体用于细菌感染后体内持续发光成像和精确光热治疗外文翻译资料

 2022-08-08 10:07:08

英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

Ph可变纳米载体用于细菌感染后体内持续发光成像和精确光热治疗

Li-Xia Yan, Li-Jian Chen, Xu Zhao, and Xiu-Ping Yan*

L.-X. Yan, Dr. L.-J. Chen, Dr. X. Zhao, Prof. X.-P. Yan State Key Laboratory of Food Science and Technology International Joint Laboratory on Food Safety Jiangnan University

Wuxi 214122, China
E-mail: xpyan@jiangnan.edu.cn

L.-X. Yan, Dr. L.-J. Chen, Dr. X. Zhao, Prof. X.-P. Yan Institute of Analytical Food Safety
School of Food Science and Technology
Jiangnan University

Wuxi 214122, China

Prof. X.-P. Yan
Key Laboratory of Synthetic and Biological Colloids Jiangnan University
Ministry of Education
Wuxi 214122, China

The ORCID identification number(s) for the author(s) of this article can be found under https://doi.org/10.1002/adfm.201909042.

摘要：光热疗法（PTT）是最具前途的疗法之一用于对抗多抗药性细菌，它诱导抗性和全身毒性的可能性更小。但是，光热因子不可控的扩散导致温度升高至正常细胞的死亡温度，从而难以达到适时的有效的抗菌效果。一种Ph可切换纳米载体可供持久清晰发光成像制导光热治疗，选择性破坏病理细胞同时保护附近在细菌感染微环境中的正常细胞的方法被展示。PLNP@PANI-GCS 由PANI和GCS

组装在持续发光的纳米微粒表面。利用PLNPs的长时间持续发光的特点来实现无自体荧光成像和PANI的Ph依赖性光热转换特性在Ph6.5得到比Ph7.4时更强大的光热疗效果和GCS的pH环境响应表面电荷转变。总结来看，PLNP@PANI-GCS能够更有效地相应细菌感染酸性区域，与体内细菌进行静电结合，确保近红外光直接对细菌进行辐照和特定加热的空间精确性。在生物体内图像制导的光热疗法对细菌感染脓肿的效果良好。PLNP@PANI-GCS是最具前途的疗法之一用于对抗多抗药性细菌，它诱导抗性和全身毒性的可能性更小。

1、介绍

病原菌感染是医药，食品以及其他领域中最严重的风险之一，全球1/3的死亡由此引起，对人类健康有极大的威胁。抗生素被广泛用于细菌感染作为常用的治疗手段。但是，抗生素不正当的使用，尤其是抗生素滥用会产生多药耐药菌（MDR）例如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）引起皮肤软组织顽固性感染，导致高死亡率。到2050年，MDR细菌感染可能会导致每年一千万的人口死亡。由于MDR细菌会快速进化出抗药性，可供选择的尽可能不引起细菌抗药性的治疗方案是当下所急需的。

光热疗法（PTT）通过物理热的方式杀灭细菌，是当下最具有前景和新颖的方法之一。因为它有较好的能力抑制MDR细菌，并有更小的可能导致抗药和全身毒性。尤其是PTT基于近红外光辐射得到了广泛的发展由于近红外光对组织穿透性的改进。近红外光引发无机材料的研究已经取得了很大的进展，包括金纳米颗粒、过渡金属二氯甲烷、碳纳米材料、钯纳米片等。然而，由于生物降解性差，长期毒性大，限制了其临床应用。与无机材料不同，有机PTT试剂可以被设计和通过专门的合成微调应用。有机纳米颗粒，如近红外吸收共轭聚合物，菁，和卟啉已被广泛探索。近年来，以聚苯胺（PANI）和聚吡咯为代表的无毒有机高聚物已被证明是一种很有前途的光热消融术药物。在这些常用的聚合物光热剂中，聚苯胺具有良好的导电性、机械柔韧性、光稳定性、生物降解性和光热转换效率，是最有潜力的光热剂。此外，由于它的非细胞毒性，聚苯胺已被成功地用作细胞增殖研究的电活性材料，特别是在酸性条件下，PANI可以提高其光热转换效率，有利于选择性破坏病理细胞，同时保护邻近的正常细胞。然而，单纯的功能性治疗方法无法提供及时有效的抗菌治疗。

然而，单纯的功能性治疗方法无法提供及时有效的抗菌治疗。为了便于精确治疗，需要一个可视化的治疗平台，以便在单个纳米系统中进行精确诊断、感染病灶成像和治疗的实时监测。持续发光纳米颗粒（PLNPs）是一种很有前途的光学材料，在停止激发后具有长时间的发光特性。这种独特的光学特性使无需原位激发的自荧光持久发光成像成为可能。此外，Cr3 掺杂的近红外发射PLNP还具有超长余辉深度穿透的额外优势，以及用穿透组织的红色LED光代替紫外光的可再生性，使得基于PLNP的成像不再受余辉时间的限制。因此，Cr3 掺杂的PLNPs不仅适合于无自体荧光的生物老化和长期的体内示踪，而且是构建可视化治疗纳米平台的理想材料。

在此，我们报道了聚苯胺和乙二醇-壳聚糖（GCS）功能化pH可切换纳米平台的设计和制备，用于体内持久发光细菌感染成像和精确光热治疗。采用近红外发光PLNP（Zn1.2Ga1.6Ge0.2O4:Cr3 ）为核心，利用650nm发光二极管实现近红外持久发光；采用聚苯胺为外壳，在酸性条件下实现高光热转换效率。核壳纳米材料聚苯胺PLNP用GCS进一步功能化以获得pH响应的纳米平台PANI-GCS@PLNP以酸性脓肿微环境为靶点，提高疏水性聚苯胺壳的生物相容性。GCS是一种具有pH依赖性电荷的水溶性生物聚合物，在各种生物医学应用中得到了广泛的研究。获得的PANI-GCS@PLNP转化为正电荷，通过与带负电荷的细菌细胞壁的强静电相互作用，在酸性细菌感染脓肿中特异性聚集，在脓肿酸性微环境中给予活化的光热效应。此外，PANI-GCS@PLNP对正常细胞的副作用可以忽略不计，因为在正常生理pH值下，它变得稍微带负电荷，对相邻正常细胞的亲和力较差，在正常生理环境下，光热效应较差。该多功能纳米平台为细菌感染的治疗提供了靶向的无荧光荧光成像引导的精确可视化的PTT，对细菌的光热效应增强，但对正常细胞的损伤很小。

2、结果与讨论

2.1 纳米晶PANI-GCS@PLNP的制备与表征

多功能纳米平台的设计与制备PANI-GCS@PLNP被展示在图1A为了实现无自发光的生物成像，我们合成了Zn1.2Ga1.6Ge0.2O4:Cr3 PLNPs作为纳米平台的核心，这是由于其持久的红光可逆再激活近红外持久发光。通过苯胺和苯胺COOH的氧化聚合，实现了PANI对PLNPs的包覆。聚苯胺PLNP然后通过酰胺化反应将其与GCS功能化，以获得电荷转换能力，提高生物相容性。利用PANI-GCS的PLNP对于靶向性和特异性持续发光成像引导的细菌感染性脓肿的光热疗法如方案1B所示。PANI-GCS@PLNP静脉注射到小鼠体内会使酸性细菌感染脓肿中带正电，并通过与带负电细菌的强静电作用在该区域特异性聚集。然而，PANI-GCS@PLNP在正常的生理pH值下会带轻微的负电荷，与邻近带负电荷的正常细胞的亲和力较差。此外，总的PANI-GCS的PLNP在酸性细菌感染区，由于PANI在酸性条件下具有较高的光热转换效率，因此其光热效应比正常生理pH区增强。因此，PANI-GCS@PLNP使靶向无荧光发光成像引导精确的视觉化PTT治疗细菌感染。合成的Zn1.2Ga1.6Ge0.2O4:Cr3 核的平均尺寸为16.3plusmn;3.5 nm（基于155个随机选择的纳米粒子）（图S1A，B），纯尖晶石相为Zn2GeO4（JCPDS 25-1018）和ZnGa2O4（JCPDS 38-1240）（图S1C）。固体PLNPs在254 nm紫外光激发后在700 nm处产生近红外发射峰（图S1D）。PLNPs的持续发光信号可以很容易地在IVIS成像系统上捕获（图S2A）。水溶液（1 mg/mL）中的PLNP表现出类似的光学性质（图S2B）和持久余辉（图S2C）。重要的是，在红色LED光激发下，PLNP的近红外发光可以以最小的损失重新激活（图S2D），使其适合于长期无自体荧光活体和实时成像。SDS分子将其疏水尾嵌入苯胺层，而负的硫酸盐基团稳定了纳米颗粒聚苯胺PLNP然后用GCS对其进行功能化，以获得电荷转换能力和改善生物相容性。随后PLNP@PANI与GCS发生酰胺化反生成PANI-GCS@PLNP。获得的聚苯胺PLNP以及PLNP@PANI-GCS显示出明显的核-壳纳米结构，聚苯胺壳厚度约为2nm，最终涂层总厚度为5nmPLNP@PANI-GCS（图1A；图S3）。锌、镓、锗、氧等元素主要分布在核内，氮元素主要分布在整个纳米结构中，说明在PLNP上成功地合成了聚苯胺壳层。GCS的进一步修改使C元素在PLNP@PANI-GCS上有明显的映射（图S3）。TGA曲线显示PANI和GCS的失重率分别为3.9%和17.0%（图1B）。PANI和GCS在PLNP上的接枝量分别为0.01和0.049mg/mg。聚苯胺壳层功能化使zeta电位从minus;30.9 mV（PLNPs）增加到minus;25.4 mV(聚苯胺PLNP)，而随后的GCS修饰由于GCS的电荷转换能力（图1C），使pH6.5下的zeta电位增加到19mV（PLNP@PANI-GCS）。PLNP的流体力学尺寸从60.9nm（PDI 0.260）增加到最终的293.5nm（PDI 0.163），这也揭示了PLNP的成功表面改性（图1D）。聚苯胺PLNP以及PANI-GCS的PLNP在254nm紫外光激发下，PLNP具有类似的持续发光特性，在700nm处有一个NIR持续发光峰，但由于PANI的修饰，其强度略低于PLNP（图S4）。持续发光聚苯胺PLNP以及聚苯胺GCS也可以用红色LED灯重新激活（图S4B）。这个PLNP@PANI-GCS在pH值为6.5和7.4时，持久发光性能没有显著差异（图S4B）。PLNP@PANI-GCS的持续发光信号在IVIS成像系统上捕捉到的数据进一步给出了一致的结果，PLNP@PANI-GCS在紫外激发后保持长时间的持续发光特性，并且可以很容易地用红色LED灯重新激活（图1E），表明PLNP@PANI-GCS用于体内成像应用。

PLNPs的表面改性通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）进一步证实（图1F）。聚苯胺PLNP在1580和1495 cmminus;1处分别给出了醌环和苯环Cminus;C伸缩振动的强吸收带，在1299和1242 cmminus;1处分别给出了苯环Cminus;N伸缩和醌环Cminus;N伸缩的强吸收带。[19b，21]此外，1130 cmminus;1处的Cminus;O伸缩振动吸收带与1600 cmminus;1附近的羧酸盐不对称伸缩振动结合（被1580 cmminus;1处聚苯胺更强的CN带所掩盖）表明PLNP@PANI表面上存在minus;COOH基团。GCS功能化后，在1642cmminus;1处出现了minus;COminus;NHminus;的拉伸振动。2975、2927和2856 cmminus;1处的不对称和对称Cminus;H伸缩带和1050 cmminus;1处GCS的Cminus;O伸缩振动，以及3420 cmminus;1处的Nminus;H伸缩带证实了GCS的成功修饰。流体动力学直径、磷光、紫外-可见-近红外光谱和红外光谱的时间相关分析表明PLNP@PANI-GCS在pH 6.5和7.4下240小时内相对稳定（图S5-S7）。PLNP@PANI的GCS修饰是实现酸性环境下电荷转化的关键。所以，我们研究了 PLNP@PANI在不同的pH值和不同的GCS改性比率下（图2A）。结果表明，该模型具有较好的稳定性，PLNP@PANI随着pH值的降低，由ph7.4时的轻微负电荷转变为正电荷。PLNP@PANI-GCS 的zeta电位在进料重量比为1:10时从minus;4.7 mV（pH7.4）变为19.0 mV（pH6.5）。所以，我们选择PLNP@PANI-GCS 所有实验均按1:10的重量比合成。然而，PLNP@PAN在反应体系中，即使在pH6.0条件下，没有GCS（1:0）也带负电，这意味着GCS能有效改性PLNP@PANI-GCS的敏感电荷转换能力。在酸性环境下，随着GCS主链上质子化游离胺基数量的增加，PLNP@PANI-GCS 表面电荷增加以局部pH依赖的方式可转换。

方案一.A） PLNP@PANI-GCS准备工作示意图 B）说明PLNP@PANI-GCS用于持续发光成像引导细菌感染的光热治疗。

2.2.PLNP@PANI-GCS晶体的光热性质

有效的PTT制剂应能对皮下组织靶区的光激发迅速而强烈地作出反应。808nm近红外激光因其对组织、血液和水的低吸收率和对皮肤的高穿透性（可达10mm）而被认为是PTT的最佳光源之一。所以，我们检测了PLNP@PANI-GCS在808

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[258903]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章