自由基与光热效应互促协同抗菌：光热/热动力联合治疗新策略

针对抗生素耐药性难题，研究人员开发了一种基于介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）载药体系，通过谷胱甘肽（GSH）响应性释放过氧化二苯甲酰（BPO）和ABTS·+光热剂，实现自由基与光热效应互促协同抗菌。该纳米系统在808 nm激光照射下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌效率达95%以上，同时有效破坏生物膜，为抗菌联合治疗提供了新思路。

　　

论文解读

细菌感染已成为全球公共卫生的重大威胁，而抗生素的滥用导致多重耐药菌株激增。传统光热疗法（PTT）虽具潜力，但需高温（>50°C）易损伤正常组织，且“始终开启”的光热剂缺乏靶向性。热动力疗法（TDT）通过热激活自由基杀灭细菌，但其效率受限于自由基生成速率。更棘手的是，现有ABTS^·+光热剂的激活依赖细胞内H₂O₂，而感染部位H₂O₂浓度不足且谷胱甘肽（GSH）会清除活性氧（ROS），导致疗效打折。如何实现精准、高效、低毒的抗感染治疗，成为亟待突破的科学难题。

针对上述挑战，中国某研究团队在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》发表研究，构建了一种基于介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）的协同治疗系统BMSPA。该系统通过GSH响应性释放BPO，其分解产生的芳基自由基不仅直接杀伤细菌，还将ABTS氧化为光热剂ABTS^·+；而808 nm激光激发的光热效应又加速BPO分解，形成“自由基-光热”互促循环，最终实现双效协同抗菌。

关键技术方法

1. 纳米载体构建：以氨基修饰的MSN为载体，通过酰胺反应嫁接二硫键分子，负载BPO后以PEI封堵孔道；
2. GSH响应设计：感染部位高浓度GSH切断二硫键释放BPO，酸性环境促进其分解为芳基自由基；
3. ABTS^·+原位激活：自由基氧化ABTS生成ABTS^·+，实现激光触发的靶向光热转换；
4. 双效协同验证：通过细菌存活率、生物膜抑制实验及自由基/温度监测证实互促机制。

研究结果

材料表征与机制验证
透射电镜显示MSN粒径约100 nm，孔隙率良好。红外光谱证实DTDP成功嫁接（1729 cm^-1处C=O峰）。紫外检测显示GSH处理后BPO释放率达85%，且ABTS^·+在808 nm处吸收显著增强，证实自由基-光热转换可行性。

体外抗菌性能
对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌效率分别达96.2%和95.8%，显著高于单一治疗组（PTT或TDT单独处理效率<70%）。共聚焦显微镜显示BMSPA+激光组细菌膜完整性严重破坏，而对照组仅轻微损伤。

生物膜干预
结晶紫染色表明BMSPA使成熟生物膜生物量减少78%，且激光照射后生物膜渗透性提高3倍，证实其穿透增强效应。

结论与意义
该研究创新性地提出“自由基-光热互促”协同机制：BPO分解产生的芳基自由基既直接杀菌，又激活ABTS^·+实现精准光热治疗；而光热效应反哺BPO分解，形成正反馈循环。这种H₂O₂非依赖的激活策略克服了传统ABTS^·+疗法的局限性，同时双效协同使治疗温度降低至生物安全范围（<45°C）。研究为设计新型抗菌纳米系统提供了普适性框架，尤其对耐药菌感染和生物膜相关慢性感染具有重要临床转化价值。