经氟化磷酸盐改性的胶束用于骨靶向氧气输送，从而增强骨髓炎的光动力疗法效果

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Fluorinated phosphate-modified micelles for bone-targeted oxygen delivery enabling enhanced photodynamic therapy of osteomyelitis

　　

• •
  开发了一种磷酸盐和全氟碳共改性的胶束（CPFPMs+O₂），用于靶向治疗骨髓炎。
• •
  磷酸基团通过亲和羟基磷灰石实现骨骼靶向，而全氟碳链则增强了氧气输送和生物膜穿透能力。
• •
  在缺氧条件下，CPFPMs+O₂表现出强大的抗MRSA和抗生物膜效果，并促进了体内的骨骼再生。

引言

骨髓炎是一种慢性、难治性的骨感染，其特征是进行性骨破坏、持续炎症以及尽管长期使用抗生素治疗仍高复发的率。当由耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）引起时，由于这种病原体具有强大的生物膜形成能力和日益增强的抗生素耐药性，临床预后明显更差。[1],[2] 标准治疗方案通常需要数周至数月的系统性抗生素治疗，但由于皮质骨的血管化较差，难以在感染部位维持有效抗生素浓度。尽管手术清创通常是必要的，但它会带来相当大的并发症，并且不能防止复发。因此，迫切需要新的治疗策略。[3],[4],[5],[6]

光动力疗法（PDT）作为一种非抗生素的抗菌方法正受到越来越多的关注。在适当的辐射波长下，光敏剂会产生活性氧（ROS），主要是单线态氧（¹O?），这些活性氧会破坏细菌的细胞膜、蛋白质和核酸，从而杀死细菌。细菌不太可能对该机制产生抗性。[7],[8],[9],[10],[11] 尽管PDT前景广阔，但在治疗骨髓炎的应用中仍面临三个尚未解决的障碍：（i）由于缺乏骨骼靶向能力，光敏剂在骨感染部位的积累不足；[12],[13],[14],[15]（ii）感染骨组织内的缺氧微环境限制了活性氧的生成；（iii）致密的生物膜基质阻碍了药物渗透并保护细菌免受外部刺激。

为了解决这些挑战，人们探索了多种策略。特别是磷酸基团等骨骼靶向功能基团，因其对羟基磷灰石（HAp）的强亲和力而被广泛整合到纳米载体中，通过与钙离子的配位和静电相互作用实现选择性在骨组织中的积累。[16],[17],[18],[19],[20],[21],[22],[23] 同时，基于全氟碳（PFC）的材料也因其卓越的氧气溶解性而受到关注，从而在缺氧条件下增强了PDT的效果。[24],[25],[26] 此外，PFC的低表面能和疏水性有助于其渗透细菌生物膜。[27],[28],[29] 最近的研究强调了在抗菌纳米平台上整合氧气调节、生物膜调控和组织特异性递送的重要性，进一步突显了开发针对骨髓炎的多功能系统的必要性。[30],[31],[32],[33],[34]

在这里，我们设计了一种氟化磷酸两亲分子（PF-VPA），它能自组装成胶束（PFPMs）。与通过组合多个独立组件组成的传统多功能纳米载体不同，PF-VPA将氟化和磷酸功能整合到一个单一的两亲分子中。这种分子层面的整合同时决定了自组装、对氧气的亲和力以及与羟基磷灰石的相互作用，而无需额外的靶向配体或氧气载体。在负载Ce6并饱和氧气后，CPFPMs+O?在体外和MRSA诱导的大鼠骨髓炎模型中进行了系统的评估。结果表明，其具有强大的抗菌和抗生物膜活性，有效的骨骼积累和保留能力，并显著促进了骨骼再生（见图1）。总体而言，这项工作提出了一个多功能纳米平台，集成了骨骼靶向递送、氧气自供应和增强的光动力疗法，为克服骨髓炎的关键病理障碍提供了有前景的策略。

章节片段

材料

氯胺酮e6（Ce6）、1?H,1?H,2?H,2H-全氟十二烷硫醇（PFDT）、N-十二烷硫醇（PCDT）、偶氮异丁腈（AIBN）、2’,7’-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）、乙腈、正戊烷、1,3-二苯异苯呋喃（DPBF）、大豆胰蛋白酶液体培养基（TSB，恒水Aobo Ke）和大豆胰蛋白酶琼脂培养基（TSA，恒水Aobo Ke）均购自恒利试剂公司。LIVE/DEAD BacLight细菌活力检测试剂盒（L-7012）购自Invitrogen公司。

PF-VPA和PC-VPA的双相分子表征

PF-VPA和PC-VPA的结构通过NMR光谱和质谱得到了确认。对于PF-VPA，¹³C NMR（图S4）、¹⁹F NMR（图S5）和MS光谱（图S6）验证了全氟碳链的成功引入，观察到的分子离子（[M?H]⁺，m/z=586.9763与计算值一致。对于PC-VPA，¹H和¹³C NMR光谱中乙烯基质子和碳信号的消失证实了硫醇-烯的完全转化（图S7-S8）。

胶束的性能和表征

随后

结论

本研究提出了一种合理设计的多功能胶束纳米平台（CPFPMs+O₂），它结合了骨骼靶向和氧气输送功能，旨在克服骨髓光动力疗法中的长期存在的障碍。通过分子层面的设计，该系统有效提高了光敏剂的递送效率，缓解了局部缺氧，增强了对游离细菌和生物膜相关细菌的抗菌效果，并支持了骨组织修复。

动物实验

本研究符合ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。

本研究获得了四川大学华西医院的实验动物伦理委员会的批准。

（批准号：20240123005）

CRediT作者贡献声明

陆欣宇：研究、数据分析。邹昌：方法学设计、研究、数据分析。李然：初稿撰写、研究、数据分析。蒲一园：研究、数据分析。张鹏：研究、数据分析。陈颖：研究、数据分析。姚燕：研究、数据分析。罗建军：撰写－审稿与编辑、资源获取、资金争取、概念规划。姚永超：撰写－

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文所报告工作的财务利益或 personal 关系。

致谢

本研究得到了中央高校基本研究经费（西南民族大学，编号：ZYN2024070）和四川省高山医学自然科学基金创新研究组计划（编号：2026NSFSCZY0080）的财政支持。

Ran Li|Peng Zhang|Chang Zou|Yiyuan Pu|Xinyu Lu|Qiao Guo|Yuchen Jiang|Yan Yao|Ying Chen|Yongchao Yao|Jianbin Luo