提升光动力效率：用于对抗耐药微生物的罗丹明B和银纳米粒子的纳米制剂

《Journal of Molecular Liquids》：Boosting photodynamic efficiency: Nanoformulations of rose Bengal and silver nanoparticles against resistant microorganisms

开发基于Pluronic? F-127的RB/AgNPs复合体系用于光动力疗法，证实其高效抑制耐药菌生物膜形成且低暗毒性，适合局部伤口治疗。

　　研究团队由Heloísa Diehl Doring、Yara Schuvinski Ricken、Eloah Latocheski、Tatiana Herrerias、Edvani Curti Muniz和Camila Fabiano de Freitas组成，隶属于巴西圣卡塔琳娜联邦大学（Federal University of Santa Catarina – UFSC）的化学系。该研究团队在Eng. Agron?mico Andrei Cristian Ferreira, s/n - Trindade, 88040-900 Florianópolis, Santa Catarina, Brazil的地址上开展研究工作。

研究的主要内容聚焦于多药耐药细菌的出现对全球健康构成的重大挑战，因此需要开发更为有效的抗菌策略。在这一背景下，抗菌光动力疗法（aPDT）作为一种有前景的替代方法而受到关注。该疗法依赖于在分子氧存在的情况下，使用可见光激发光敏剂（PS）以生成具有细胞毒性的活性氧物质。研究探讨了将玫瑰红（Rose Bengal，RB）与银纳米颗粒（AgNPs）结合的策略，旨在利用它们各自的抗菌特性，并研究可能的协同或加成效应。同时，研究还使用了三嵌段共聚物Pluronic? F-127，作为微囊型载体以及金属纳米颗粒的还原和稳定剂。

银纳米颗粒的合成采用了光诱导法，在Pluronic? F-127溶液（0.5%–4.0% w/v）中进行，其中0.5%的体系表现出更高的稳定性和效率。银纳米颗粒在421 nm处显示出等离子共振，而RB则在550 nm处表现出电子吸收特性。动态光散射和透射电子显微镜分析确认了微囊结构的大小约为120 nm，以及球形AgNPs的尺寸约为17 nm。LumiSizer?分析表明该体系在六个月内的稳定性良好，且不稳定性指数较低。斯特恩-沃尔默荧光猝灭分析显示RB在微囊中呈现出不均匀的分布，这种分布受到AgNPs的影响。光动力效应通过使用尿酸作为探针检测单线态氧（1O?）进行验证。

生物实验结果显示，该体系对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）生物膜具有显著的杀菌效果。其中，F127/AgNPs/RB组合对耐药性金黄色葡萄球菌表现出最佳的杀菌效果，而高浓度RB对大肠杆菌具有较好的杀菌效果。银纳米颗粒在黑暗中的保护作用表明其在光动力治疗中的安全性得到了提高。溶血实验则表明，该体系最适宜的使用方式是局部应用，例如在伤口敷料中的使用。

研究的背景指出，世界卫生组织（WHO）将抗菌耐药性列为当前全球健康面临的主要威胁之一。抗生素的滥用和不当使用导致了当前仍能有效对抗这些病原体的分子数量减少，使得问题日益严重。耐药微生物，即多药耐药（MDR）微生物，对三种或更多类别的抗生素表现出抗性，这使得相关感染的治疗变得更加复杂。其中，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌是医院和社区环境中常见的病原体。金黄色葡萄球菌是一种革兰氏阳性菌，而大肠杆菌是革兰氏阴性菌，因此它们具有不同的细胞壁结构和抗菌耐药机制。两者都可能作为共生菌存在，金黄色葡萄球菌主要定植于皮肤和鼻腔，与皮肤感染、脓肿、骨髓炎、败血症和食物中毒相关，而大肠杆菌则定植于肠道，但在有利条件下可能成为病原体，导致尿路感染、胃肠炎和败血症，某些菌株还与溶血性尿毒综合征有关。

这两种细菌都表现出令人担忧的抗菌耐药性：金黄色葡萄球菌以其产生甲氧西林耐药菌株（MRSA）而著称，而大肠杆菌则常产生广谱β-内酰胺酶（ESBL），使得治疗更加困难。尽管它们在结构和代谢上存在差异，但两者都具有形成生物膜的能力，这会促进慢性感染和治疗耐药性的发生，凸显了开发新治疗策略的必要性。在此背景下，抗菌光动力疗法（aPDT）作为一种替代传统治疗的方法而受到关注。这种疗法基于在分子氧存在的情况下，通过适当的波长光源激发光敏剂药物，从而生成具有细胞毒性的活性氧物质。这种疗法可以有效地灭活微生物，无论其抗菌耐药模式如何，并且对生物膜相关的菌株也具有良好的效果。此外，由于其多种作用机制，aPDT具有较低的诱导微生物耐药性风险，减少了副作用的可能性，并且被认为是一种成本效益较高的治疗方案。

在aPDT的成功中，多个因素至关重要，其中选择合适的光敏剂尤为关键。在这一背景下，光敏剂必须具有较高的单线态氧量子产率（?Δ1O?），易于高纯度生产，并且能够在适合组织穿透的波长下激发。此外，它还应具有较低的光漂白性、较少的暗毒性、较短的光敏感性、简单的配方、可重复性和良好的化学/物理稳定性。对于细菌而言，光敏剂的选择尤为重要，因为其直接影响革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌之间的差异性敏感性。在这一背景下，黄烷酮染料在对抗这两种菌群方面表现出不同的活性，通常情况下，革兰氏阳性菌对治疗更为敏感。

在黄烷酮染料中，玫瑰红（RB）因其在不同情境下灭活微生物的报告效果而脱颖而出。此外，它在商业上也有应用，例如用于标记眼部病变的眼药水。该光敏剂具有多种有趣特性，包括高摩尔吸光度、高三重态量子产率（ΦT = 0.76）、在PBS缓冲液中较长的三重态寿命（t?/? = 0.1–0.3 ms）以及在PBS缓冲液中较高的单线态氧量子产率（ΦΔ1O? = 0.57）。然而，这些特性强烈依赖于RB分子的质子化形式和互变异构结构。文献中报道了RB的四种质子化形式：阳离子、中性、单阴离子和双阴离子。其中，双阴离子形式在aPDT应用中表现出最佳的光物理和光化学参数，包括更高的摩尔吸光度和较高的ΦΔ1O?。

这些特性使得RB在aPDT应用中具有潜力，促使研究人员开发策略以增强其抗菌性能，从而提高效率。在已开发的方法中，将RB与金属纳米颗粒，尤其是银纳米颗粒（AgNPs）结合的策略尤为突出。银纳米颗粒的抗菌活性已得到广泛认可，而这种结合可能对单线态氧生成产生增强作用，即所谓的“金属增强单线态氧生成”（ME1O?效应）。在这一背景下，三嵌段共聚物在纳米颗粒的还原和稳定中发挥着关键作用，同时还能增强光敏剂的临床效果，从而确保aPDT的成功。这些系统被称为药物输送系统，已经在医学领域得到应用。在众多三嵌段共聚物中，Pluronic?系列尤为突出，它们由聚（乙二醇）（PEO）的两个亲水端和聚（丙二醇）（PPO）的疏水中心块组成，比例可变，这有助于大分子的自缔合过程。这种自缔合过程生成了具有不同亲水和疏水界面的纳米域，其组织结构依赖于温度和大分子浓度。当大分子浓度超过临界胶束浓度（CMC）和临界胶束温度（CMT）时，这些大分子可以形成共聚物胶束，用于运输如RB和金属纳米颗粒等分子。

Pluronic? F-127（EO???–PO??–EO???）是被广泛研究的三嵌段共聚物之一，在体外和体内应用中均被广泛使用，作为表面修饰聚合物和以自组装胶束形式存在的纳米结构载体系统。在此背景下，Pluronic? F-127为AgNPs与RB的可控合成、稳定和输送提供了一个多功能平台，同时作为银离子的双功能稳定和还原剂发挥作用。根据目前文献中提供的信息，主要描述的是通过传统化学还原方法，使用有毒试剂如NaBH?合成的RB/AgNPs共轭物。因此，提出的光诱导合成方法不仅引入了一种更环保和安全的AgNPs生产替代方案，还代表了在设计具有潜在生物医学相关性的多功能纳米材料方面的重要进展。

在这一情境下，本研究假设通过生物相容性的紫外LED辅助光诱导过程，使用Pluronic? F-127作为稳定剂和还原剂合成的AgNPs，相较于传统方法而言是一种更为可持续和安全的策略。此外，我们还提出将这些光诱导合成的AgNPs与封装在F127胶束中的RB结合，作为一种创新的纳米平台，以增强抗菌光动力疗法（aPDT）的抗菌效率，从而对抗耐药微生物。该研究旨在通过这种策略，提高抗菌效果，同时确保材料的安全性和稳定性，为未来的抗菌治疗提供新的思路和方法。