阴离子-π+驱动的诊疗一体化：对抗耐药菌感染的强效光动力策略

《Science China-Chemistry》：Anion-π+ driven theranostics: a potent photodynamic strategy against drug-resistant bacterial infections

　　

摘要

病原菌感染，特别是由多重耐药（MDR）细菌引起的感染，对公众健康构成严重威胁。因此，开发高效的抗菌剂具有重要意义。聚集诱导发光（AIE）发光材料为光动力抗菌治疗提供了独特优势，但目前仍缺乏可推广的设计策略。为应对耐药菌感染的挑战，本研究通过引入阴离子-π⁺相互作用构建了一种新型分子TTPA-MePy。我们旨在通过弱相互作用调控分子性质，并开发高效的光诊疗抗菌材料。量子化学计算、分子动力学模拟和晶体结构分析表明，明亮的聚集诱导发光主要由扭曲的分子构象和疏松的分子间堆积所主导，这种堆积限制了π-π堆叠，而阴离子-π⁺相互作用主要通过增强自旋-轨道耦合和减小单重态-三重态能隙来重塑激发态能量耗散途径，从而开启高效的系统间窜越和活性氧（ROS）生成。实验结果表明，TTPA-MePy纳米颗粒（NPs）具有高量子产率和高效的ROS生成能力。在分子水平上，阳离子型TTPA-MePy通过静电相互作用与带负电荷的细菌表面结合，而相应的TTPA-MePy NPs则作为生物相容的光动力平台，在白光照射下对金黄色葡萄球菌（SA）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）均表现出强效杀灭活性，并具有强大的抗生物膜能力。在MRSA感染皮肤伤口的小鼠模型中，TTPA-MePy NPs联合白光照射实现了99.56%的伤口愈合率，同时有效清除细菌、减轻炎症并促进组织再生，且表现出良好的生物安全性。总之，本研究表明阴离子-π⁺相互作用可以协同优化AIEgens的光物理性质和抗菌性能。TTPA-MePy NPs集高效光动力抗菌活性、抗生物膜能力和优异的生物相容性于一体，为耐药菌感染的光动力治疗提供了新策略和有前景的候选材料。