《Antibiotics》：One Health, One Photosensitiser: Hydroxypropyl-γ-cyclodextrin–Curcumin-Based Photodynamic Inactivation Across Abiotic Surfaces, Food Matrices and a Porcine Skin Model
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背景/目的：姜黄素是一种食品级（E100）光敏剂，具有良好的抗菌性能，但其应用因水溶性低而受到限制。将姜黄素与羟丙基-γ-环糊精（HP-γ-CD）复合可克服这一限制，并可能有助于在食品生产链及“一个健康”（One Health）框架内使用单一光敏剂进行光动力灭
背景/目的：姜黄素是一种食品级（E100）光敏剂，具有良好的抗菌性能，但其应用因水溶性低而受到限制。将姜黄素与羟丙基-γ-环糊精（HP-γ-CD）复合可克服这一限制，并可能有助于在食品生产链及“一个健康”（One Health）框架内使用单一光敏剂进行光动力灭活（Photodynamic Inactivation, PDI）。方法：本研究开发了一种将HP-γ-CD与姜黄素复合的新方法（简称CD-Cur），并在液体培养、非生物表面原位、食品基质及猪皮肤模型上，检测了该复合物对大肠杆菌（Escherichia coli）、肠道沙门氏菌（Salmonella enterica）和耳念珠菌（Candidozyma auris）的灭活效果。结果：浮游菌实验显示，在435 nm（50 J/cm2）LED光照下，10–50 μM CD-Cur浓度范围内，所有受试菌株的光致杀灭效果呈浓度依赖性，且均超过3 log??阈值；暗毒性和光毒性均低于微生物学相关水平。CD-Cur在食品接触塑料膜上使大肠杆菌活菌数显著降低（3.35 log??，100 μM，白光，100 J/cm2），在非生物表面上降低5.17–5.50 log??（30 μM，435 nm，25 J/cm2），且光照后光敏剂出现明显光漂白。在三文鱼和开心果上观察到基质依赖性效应，但PDI仍可实现具有实际意义的沙门氏菌减少（2.25–3.52 log??，30 μM，435 nm，200 J/cm2），且未引起食品可见的颜色变化。在猪皮肤模型中，以1%羟乙基纤维素水凝胶配制的CD-Cur显著减少了耳念珠菌污染；添加2 mM EDTA进一步增强了抗真菌效果，表明CD-Cur也可在医疗背景下通过局部涂抹应用于猪皮肤（2.41 log??，500 μM，435 nm，75 J/cm2）。结论：综合结果表明，基于食品级CD-Cur的单一光动力系统可在“一个健康”背景下对多种基质和病原体提供广谱抗菌效果。
# 论文解读：CD-Cur光动力灭活系统的多基质应用
## 研究背景与问题
“一个健康”（One Health）理念强调人类、动物和环境健康之间的紧密联系，需要整合策略来预防和控制传染病。食品生产链是病原体跨域传播的关键界面，微生物可通过污染原料、加工环境和食品接触表面传播至消费者。全球每年因不安全食品导致的疾病和经济损失巨大。食源性致病菌如沙门氏菌和大肠杆菌持续构成严重公共卫生负担；同时，耳念珠菌（Candidozyma auris）作为一种“一个健康”相关病原体，可能在环境中生存并定植于食品和皮肤表面，且耐药性强。此外，畜牧和种植业中抗菌药物的大量使用加速了耐药性的出现和传播。因此，需要开发多靶点、安全且不易产生耐药性的替代策略。光动力灭活（Photodynamic Inactivation, PDI）利用光活化光敏剂产生活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS），通过氧化损伤微生物的膜、蛋白质和核酸等多靶点结构导致细胞死亡，显著降低耐药风险。姜黄素作为一种食品级（E100）天然光敏剂，具有良好光化学性质，但其极低的水溶性严重限制了应用。环糊精包合可提高姜黄素的溶解度、稳定性和生物利用度。本研究旨在开发姜黄素与羟丙基-γ-环糊精的复合物（CD-Cur），并系统评估其在液体培养、非生物表面、食品基质和猪皮肤模型中的广谱光动力抗菌效果，以验证“一个健康，一种光敏剂”的概念。
## 研究内容与结论
研究人员制备了姜黄素-羟丙基-γ-环糊精复合物（CD-Cur），表征其光谱特性、光稳定性、载药量和水溶性，并针对大肠杆菌K-12、致病性大肠杆菌ATCC 25922、肠道沙门氏菌和耳念珠菌开展PDI实验。结果表明，CD-Cur在水中的表观溶解度超过4 mg/mL，比游离姜黄素提高三个数量级以上；光漂白半衰期与天然姜黄素相当。在浮游菌实验中，CD-Cur在435 nm蓝光照射下对四种微生物均实现浓度依赖性灭活，在10–50 μM浓度范围内超过3 log??阈值。在食品接触塑料膜上，100 μM CD-Cur配合白光照射使大肠杆菌减少3.35 log??。在陶瓷、塑料和金属三种非生物表面上，30 μM CD-Cur配合25 J/cm2蓝光使致病性大肠杆菌减少5.17–5.50 log??。在食品基质上，CD-Cur对沙门氏菌的灭活效果具有基质依赖性：浅色三文鱼皮在50 μM时达最大2.91 log??，深色三文鱼皮在30 μM时达2.25 log??，开心果在30 μM时达3.52 log??，且无可见颜色变化。在猪皮肤模型中，含1%羟乙基纤维素水凝胶的CD-Cur在500 μM浓度下使耳念珠菌减少2.00 log??，添加2 mM EDTA后进一步增至2.41 log??。这些结果证明，单一食品级CD-Cur配方在适当调整浓度和递送载体后，可在多种基质上实现对革兰氏阴性菌和酵母菌的有效PDI，具有应用潜力。
## 关键技术方法
研究采用的关键技术方法包括：姜黄素与羟丙基-γ-环糊精的复合物制备（专利审查中的新型方法）；高效液相色谱（HPLC）定量姜黄素含量；紫外-可见吸收光谱测定吸收特性和光漂白动力学；435 nm LED阵列和宽带白光光源进行光照；倾注平板法计数菌落形成单位（CFU）评估灭活效果。样本来源包括：大肠杆菌ATCC 25922（DSM 1103）、肠道沙门氏菌（DSM 17058）、耳念珠菌（DSM 21092）均购自德国DSMZ菌种保藏中心；非致病性大肠杆菌K12 blue-xl1由萨尔茨堡大学提供；猪皮肤取自当地肉铺。
## 研究结果
### CD-Cur复合物特性
CD-Cur在DPBS中的吸收光谱显示特征性姜黄素吸收带，较DMSO溶解的姜黄素略有蓝移（最大吸收从435 nm移至425 nm），但仍处于蓝光或白光PDI的有效光谱范围。光漂白实验表明，CD-Cur在DPBS中的半衰期（t??）为32.06 J/cm2，与天然姜黄素（39.72 J/cm2）相当；在1% HEC水凝胶中为25.54 J/cm2。HPLC定量显示，通过调整起始组分比例，姜黄素载药量可在约0.1%–30%（w/w）之间调节。复合物使姜黄素表观水溶解度从约0.0006 mg/mL提升至超过4 mg/mL，提高三个数量级以上。
### 浮游培养物的光动力灭活
在435 nm、50 J/cm2（细菌）或7.5 J/cm2（耳念珠菌）条件下，CD-Cur对四种微生物均呈浓度依赖性灭活。非致病性大肠杆菌K-12在30 μM时达最大5.38 log??；致病性大肠杆菌ATCC 25922在10 μM时即达5.63 log??，100 μM时达7.84 log??；肠道沙门氏菌在50 μM时达4.66 log??，100 μM时达4.73 log??；耳念珠菌在50和100 μM时均达9.00 log??，达到检测限。暗对照和光对照均无显著灭活，证明效果主要来自光动力作用。
### 塑料膜上大肠杆菌K-12的光动力灭活
在食品包装塑料膜上涂覆CD-Cur并采用白光（100 J/cm2）照射，100 μM时大肠杆菌K-12减少3.35 log??，超过99.9%标准；30和50 μM时低于阈值（分别为1.47和0.96 log??）。光照后塑料膜上CD-Cur可见光漂白，说明光敏剂在表面发生了光化学反应。
### 非生物表面上大肠杆菌的光动力灭活
在陶瓷、塑料、金属表面，30 μM CD-Cur配合25 J/cm2蓝光均使致病性大肠杆菌ATCC 25922减少超过5 log??（陶瓷5.17、金属5.22、塑料5.50）。但陶瓷表面蓝光单独照射也导致4.57 log??的减少，提示白色光滑表面对该菌有较高光敏感性；金属表面100 μM CD-Cur暗毒性为4.25 log??。所有表面上，光敏剂与光联合的抗菌效果均优于单独组分。
### 食品上肠道沙门氏菌的光动力灭活
在200 J/cm2蓝光下，浅色三文鱼皮在50 μM CD-Cur时达最大2.91 log??，深色三文鱼皮在30 μM时达最大2.25 log??；开心果在30 μM时达3.52 log??，50 μM和100 μM分别为3.18和3.23 log??。温度监测排除了光照加热对结果的影响。开心果在PDI后无可见颜色改变。
### 猪皮肤模型上耳念珠菌的光动力灭活
未添加水凝胶时，CD-Cur单独局部应用无明显抗菌效果。以1% HEC水凝胶递送CD-Cur并在75 J/cm2蓝光照射下，500 μM浓度使耳念珠菌减少2.00 log??；添加2 mM EDTA后增强至2.41 log??。暗对照无显著效果，光照后猪皮肤上CD-Cur出现光漂白。
## 讨论与结论
讨论部分指出，CD-Cur在浮游菌中高效灭活，但在固体表面和食品基质中的效果受到光穿透、光敏剂分布和微生物可及性等因素影响。三文鱼皮颜色深浅差异与PDI效率相关，深色皮肤的色素、脂肪和蛋白质可能衰减光穿透或降低有效光敏剂浓度。开心果上稳定高效的结果支持CD-Cur在食品加工环境中的应用潜力，但需进一步评估感官特性。猪皮肤模型验证了水凝胶递送和EDTA增强细胞壁通透性的策略在局部抗菌应用中的价值。研究局限性包括：实验主要采用窄带蓝光（435 nm）和较高光剂量，生物重复数有限，未进行推断性统计分析，也未开展结构形态学表征。结论为：本研究提供了概念验证，证明基于食品级CD-Cur的单一光敏剂系统可在浮游状态、非生物表面、食品和皮肤模型等多种基质上有效灭活主要“一个健康”相关病原体。CD-Cur表现出浓度依赖性光灭活，在液体培养和选定表面上超过99.9%杀灭率；在三文鱼和开心果上实现具有生物学意义的灭活且无可见变色；在水凝胶配方中对耳念珠菌的抗菌活性增强。食品级CD-Cur经可见蓝光激活后，有望成为“一个健康”框架下增强食品加工微生物安全和辅助皮肤消毒的有效工具。
