Advanced Healthcare Materials:AIEgen作为抗菌剂用于革兰氏阳性菌胞内感染的诊疗

包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)在内的耐药细菌的出现和不断进化,在后抗生素时代严重威胁着人类健康。通常,当人体被细菌感染时,吞噬细胞可以消灭大部分入侵的病原体,但也有一些细菌(例如金黄色葡萄球菌等)能够在宿主细胞(包括吞噬细胞)内存活并复制。然而,传统的抗生素疗法难以有效治疗胞内感染,使得未完全清除的胞内菌从最初的感染部位传播到其他组织,从而导致慢性或复发性感染。因此,开发应用于治疗胞内耐药菌感染的新型抗菌药物或治疗策略迫在眉睫。

近日,新加坡国立大学刘斌教授课题组报道了一种具有AIE特性的荧光分子(AIEgen),将其作为抗菌剂,用于治疗革兰氏阳性菌引发的胞内感染。在TPEPy-Et分子中,带正电荷的吡啶基团有助于提高分子的水溶性,并且能够通过静电相互作用靶向带负电荷的细菌膜,而疏水的TPE有望提高分子的膜扰动能力。根据实验结果:在PBS中,1 μM TPEPy-Et的荧光可以忽略不计;与大肠杆菌(一种革兰氏阴性菌)孵育后,TPEPy-Et的荧光仅略微增强;而与金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌两种革兰氏阳性菌孵育后,其荧光显著增强(图1)。接下来的抗菌实验结果说明,TPEPy-Et在测试浓度下对革兰氏阴性菌几乎没有抗菌效果,而其仅在低浓度下就对所有测试的革兰氏阳性菌株表现出明显的抗菌作用。

图1. TPEPy-Et对革兰氏阳性菌有良好的抗菌效果。

为探究TPEPy-Et的抗菌机理,作者首先用商业探针与TPEPy-Et共染金黄色葡萄球菌,研究TPEPy-Et的定位。如图 2 所示,TPEPy-Et与膜探针FM4-64共定位,Pearson 相关系数为 0.902,表明其能够特异性靶向细菌细胞质膜。之后,作者使用膜电位探针来测试TPEPy-Et处理后两种革兰氏阳性菌的细胞质膜的电位变化,发现TPEPy-Et 以浓度依赖性方式导致革兰氏阳性菌的细胞质膜去极化。

图2. TPEPy-Et靶向细菌膜并且破坏细菌膜极性。

为研究TPEPy-Et对胞内菌的检测和清除效果,作者先用MRSA感染RAW264.7细胞,之后用TPEPy-Et处理感染的RAW细胞。如图2所示,低浓度(2 μM)的TPEPy-Et 能够有效靶向胞内MRSA。此外,作者发现,在2 μM的浓度下,TPEPy-Et能够清除胞内90%以上的细菌;当TPEPy-Et浓度增加到4、6或8 μM时,细胞内杀菌效率进一步提高,在8 μM时观察到TPEPy-Et的胞内杀菌效率超过99%。同时,在测试浓度范围内,TPEPy-Et对RAW 264.7细胞的毒性可以忽略不计。这表明在低工作浓度下,TPEPy-Et可以选择性地清除细胞内细菌,而不会对宿主细胞产生不良的毒副作用。

图3. TPEPy-Et检测并清除胞内MRSA。

综上所述,具有AIE特性的荧光分子TPEPy-Et能够靶向并破坏细菌膜,对革兰氏阳性菌显示出优异的杀菌效果。并且,TPEPy-Et 可以在低工作浓度下有效检测和清除胞内 MRSA,而且对宿主细胞无明显毒性。该研究为设计开发用于胞内菌诊疗的新型荧光抗菌剂提供了新的思路。

新加坡国立大学刘斌教授为该论文通讯作者。

论文信息:

An AIEgen as an Intrinsic Antibacterial Agent for Light-Up Detection and Inactivation of Intracellular Gram-Positive Bacteria

Tianjiao Dai, Bingpeng Guo, Guobin Qi, Shidang Xu, Cheng Zhou, Guillermo C. Bazan, Bin Liu*

Advanced Healthcare Materials

DOI: 10.1002/adhm.202100885

原文链接: https://doi.org/10.1002/adhm.202100885