细菌生物膜通常对抗生素具有抗性，因此需要强有力的方法来去除。 最近，涉及多种治疗方式的纳米材料已被公认为对抗生物膜的有效替代品。 然而，其在细菌感染中的靶向和控制释放仍然是一个重大挑战。在这里，我们提出了一种智能光治疗纳米平台，由适体 (Apt)、吲哚菁绿 (ICG) 和羧基功能化氧化石墨烯 (GO-COOH) 组成，即 ICG@GO-Apt，用于靶向治疗由鼠伤寒沙门氏菌形成细胞膜。由于Apt共轭纳米片（NSs）可以在病原体引起的脓肿附近特异性积累，它们大大提高了局部药物分子浓度并促进了它们的精确递送。 它们可以在近红外辐射下同时产生热量和活性氧，用于光热/光动力疗法，从而显着增强生物膜的消除。 光疗 ICG@GO-Apt 也显示出良好的生物相容性。 更重要的是，多功能光疗平台在脓肿形成模型中显示出有效的生物膜消除效率大于99.99%。 因此，具有细菌靶向能力的ICG@GO-Apt NSs为临床细菌感染绕过抗生素耐药性提供了可靠的工具。
 
 
图 1. 808 nm激光辐照下 ICG@GO-Apt NSs 鼠伤寒沙门氏菌生物膜的分散过程示意图。
 
  
图 2. ICG@GO-Apt NSs 的表征。(A) ICG@GO-Apt 合成示意图。 (B) ICG@GO-Apt NSs 的 TEM 显微照片。 (C) GO-COOH、适体、游离 ICG 和 ICG@GO-Apt NSs 的紫外/可见吸收光谱。 (D) 在不同 ICG: GO-COOH 进料重量比 (100 μg m L-1) 下 ICG@GO NSs 中 ICG 的负载量和效率。 (E) GO、GO-COOH、ICG@GO 和 ICG@GO-Apt 的 Zeta 电位。
 
 
图 3. ICG@GO-Apt NSs 的光热和光动力特性。(A) 不同浓度 ICG@GO-Apt NSs 在 808 nm 激光照射 (1.0 W cm−2) 下的温度变化曲线。 (B) ICG@GO-Apt NSs (80 μg m L−1) 在 808 nm 激光照射（0.5、1.0 和1.5 W cm⁻²）下的温度变化。 (C) 在 808 nm 激光照射下 ICG@GO-Apt NSs 溶液的开/关温度变化。(D) ICG@GO-Apt NSs 在 808 nm 激光照射的五个开/关循环期间的温度变化。(E) ICG与DPBF在808 nm 激光照射后与时间相关的吸收光谱。(F) DPBF探针溶液的吸光度在808 nm激光曝光后在410 nm处发生变化。
 
  
图 4. Apt结合的NSs的细菌靶向能力和抗菌素效率的评估。(A) 不同细菌与FAM标记的 Apt (200 nM) 结合的共聚焦显微镜图像。(B,C) S. Typhimurium 菌落板和相应的抗生物膜效率。 (D) NIR 照射不同时间的不同 NSs 的生物膜存活率。 (E)不使用 NIR 或使用 NIR 的不同浓度 ICG@GO-Apt 的生物膜存活百分比。
 
  
图 5. 体外抗生物膜活性。 (A、B) 用结晶紫 (CV) 染色的不同处理生物膜的图像和通过记录 CV (595 nm) 的吸光度的 CV 的相应定量结果。 (C) 各自的显微镜图像，比例尺：20 μm。 (D) 在 NIR 照射下用 PBS、GO、ICG@GO 和 ICG@GO-Apt 处理鼠伤寒沙门氏菌生物膜的 SEM 图像；比例尺2μm。 (E)不同组处理后鼠伤寒沙门氏菌生物膜的 3D CLSM 图像。
 
 
图 6. NS 的细胞活力和溶血分析。 (A) 用不同剂量的 GO、ICG@GO 和 ICG@GO-Apt NSs 处理的 HEK 293 的生存能力。(B)在NIR 刺激后，HEK 293 与不同 NSs (80 μg m L-1) 孵育的细胞活力。(C) Triton X-100、PBS 和不同浓度 ICG@GO-Apt 的相对溶血率。 插图是相应的照片。
 

图 7. ICG@GO-Apt NSs 对鼠伤寒沙门氏菌病灶感染的体内治疗效果。(A) 体内皮肤伤口感染模型的建立和治疗示意图。 (B,C) 实时热成像图像和相应的光热加热曲线。 (D、E) 伤口愈合过程中感染伤口的图片和相应伤口面积的定量分析（0、1、3、5 和 7 天）。 (F) 在不同处理后的第七天，细菌对受感染的组织进行计数。(G) 各种处理后感染部位的苏木精和伊红染色图像。
 
        相关科研成果由湖南师范大学Dinggeng He和Le Deng等于2021年发表在ACS Biomaterials Science & Engineering （https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03039）上。原文：Efficient Eradication of Bacterial Biofilms with Highly Specific Graphene-Based Nanocomposite Sheets。

转自《石墨烯研究》公众号