内容提要
治疗由耐药细菌引起的糖尿病足感染的挑战是迅速根除细菌和加速伤口愈合。NIR-II诱导的光热疗法(PTT)与传统疗法相比具有显著的优势，如广谱杀菌效果、更好的生物组织渗透深度和更高的皮肤耐受阈值，使其特别适合治疗糖尿病足感染。研究发现，NIR-II染料IR26光热效果良好，但光热稳定性较差。通过甲氧基和三苯胺基团对IR26进行修饰，研制出新型D-A-D型NIR-II小分子光热剂(IRC)，具有较高的光热稳定性和光热转化效率(44.3%)。IRC的最大吸收波长为1166 nm，最大发射波长为1238 nm。但单独使用PTT不能有效促进糖尿病创面愈合。因此，通过将IRC和姜黄素(一种天然的伤口愈合化合物)加载到热敏脂质体中，开发了一种新的纳米平台(Cur-IRC@PCM)来治疗mrsa感染的糖尿病伤口。在980 nm激光照射下，Cur-IRC@PCM提供PTT，控制姜黄素的精准释放，有效协同消灭耐药菌，加速伤口愈合。
结果与讨论
NIR-II型PTT试剂的设计与光谱研究
我们用甲氧基和三苯胺基团修饰IR26母核，以延长吸收和发射波长，同时提高PCE和光稳定性。设计并合成了IR26衍生物(IRA、IRB和IRC) 在808 nm激光照射下初步评价了IR26、IRA、IRB和IRC的光热效应，已获批临床应用。结果表明，四种化合物的温度变化与浓度和激光功率都表现出相当大的正相关关系。当化合物浓度为20 μM，激光功率密度为1.2 W cm−2时，IR26的溶液温度升高了32℃，而IRA和IRB的温度分别升高了26℃和25℃。值得注意的是，IRC表现出最大的光热温度变化(ΔT = 36°C)。为了研究PCE和光稳定性，将含有20 μM IR26、IRA、IRB和IRC的溶液在808 nm激光照射下连续照射至温度稳定。IR26、IRA、IRB和IRC的PCE分别为37.4%、36.0%、39.9%和44.3%，其中IRC的PCE最高。光稳定性评估包括在120 s后停止激光照射并允许自然冷却，重复5次。IR26和IRA的峰值温度在第二周期的光照和冷却中下降，而IRB的峰值温度从第四个周期开始下降，表明IR26、IRA和IRB在PTT效率所需温度下的光稳定性较差。
PCM脂质体的表征及药物释放
本研究采用纳米沉淀法将IRC和姜黄素负载在纳米沉淀法中制备IRCCUR@PCM纳米颗粒，以精确控制药物的释放。我们的目标是协同姜黄素的释放与ptt诱导的热疗，以根除耐药细菌，促进MRSA感染的糖尿病伤口愈合。制备分别载IRC (IRC@PCM)和姜黄素(CUR@PCM)的PCM脂质体作为对照。CUR@PCM、IRC@PCM和IRC-CUR@PCM的平均粒径分别为135、150和110 nm。透射电镜(TEM)分析证实，这三种类型的PCM脂质体均表现出光滑的球形表面，与粒径结果一致。为了验证所制备的脂质体的释药效率，首先用紫外分光光度法构建各类型PCM脂质体的标准曲线。CUR@PCM在423 nm处吸收最强，IRC@PCM在921 nm处吸收最大，IRC-CUR@PCM在两个波长处都有特征吸收峰。CUR@PCM、IRC@PCM和IRC-CUR@PCM的载药率分别为67.3%、73.0%和76.1% nm。在pH = 7.4、980 nm激光照射(0.8 W cm−2)下生成药物释放曲线。激光连续照射120 s后，IRC@PCM和IRC-CUR@PCM NPs的药物释放量达到50%。激光照射时间延长360 s，药物释放接近100%。然而，未加载IRC的CUR@PCM NPs显示姜黄素释放最少，释放量<15%。即使在pH = 5.5的环境下，也不影响药物的释放速度。总体而言，本文制备的PCM脂质体在PTT作用下成功达到了nir - ii控制药物释放的预期结果。
PCM脂质体的体外抗菌作用
在980 nm激光照射下，CUR@PCM组细胞活力未受影响，说明脂质体纳米结构未发生相变和溶解，导致药物未释放。相比之下，IRC@PCM在浓度为50 μg mL−1时，由于激光照射后产生的高温，导致约50%的细胞死亡。值得注意的是，IRC-CUR@PCM促进姜黄素的释放，与ptt诱导的热疗协同作用，在980 nm激光照射下，细胞抑制率>90%。三种PCM脂质体在NIR-II激光照射或不照射下处理的人角质细胞(Hacat)的细胞存活率与HUVECs细胞相似。因此，IRC-CUR@PCM在没有NIR-II激光照射的情况下表现出良好的生物相容性，并且可以在激光照射时精确释放药物以协同PTT效应，使其适合进一步的实际应用。
体外实验验证了PTT与姜黄素的协同抑菌潜力。最初，姜黄素对MRSA的抗菌效果进行了评估，显示出剂量依赖性反应。在30 μg mL−1的浓度下，细菌抑制率达到约70%，并且在980 nm激光照射(0.8 W cm−2)下不受影响。在CUR@PCM处理组中，由于没有达到从脂质体中释放药物所需的相变温度，因此未光照和光照条件下都没有有效地根除细菌。在较低的IRC@PCM浓度下，光热效应引起的温度升高不足以根除细菌。然而，在50 μg mL−1时，由于高效的PTT效应，细菌根除率达到约60%。在低浓度下，照明组和未照明组IRC-CUR@PCM均未显示出杀菌效果。然而，在IRC浓度为50 μg mL−1和姜黄素浓度为30 μg mL−1时，IRC-CUR@PCM在980 nm激光照射下处理的细胞MRSA死亡率超过90%，表明其杀菌效果非常显著。此外，我们利用CCK-8测定法确认了不同处理条件下细菌的死亡，结果与光密度在600 nm (OD600 nm)下获得的结果一致。
使用IRC-CUR@PCM治疗MRSA感染的糖尿病伤口
采用链脲佐菌素(STZ)建立糖尿病小鼠模型，然后进行3 d的适应性喂养。如果连续两天空腹血糖水平保持>11.1 mmol L−1，则证实模型建立成功。分别于MRSA感染后第3、6、9、12天对糖尿病创面进行980 nm激光照射或不进行激光照射。在给药期间，使用红外热像仪验证光热效应。PBS组和CUR@PCM组的PTT效果与体外实验结果一致，温度变化较小。相反，IRC@PCM和IRC-CUR@PCM组表现出明显的温度升高，可能足以杀死细菌。各组小鼠给药当日空腹血糖水平均> 11.1 mmol L−1，证实糖尿病模型建立成功且稳定，创面周围血糖持续高水平。到第15天，PBS和CUR@PCM治疗组的小鼠仍然有相当大的未愈合的伤口，这是由于糖尿病小鼠的免疫力减弱和伤口中存在过量的葡萄糖。此外，CUR@PCM组光照下药物释放不足导致治疗无效，进一步阻碍了创面愈合。与未照射组相比，IRC@PCM和IRC-CUR@PCM组小鼠在980 nm激光照射后伤口面积显著减少。特别是IRC-CUR@PCM + NIR组，在第15天外表皮伤口完全愈合，表明PTT和姜黄素的协同治疗具有非常显著的抗菌治疗效果。mrsa感染的糖尿病伤口的半定量结果显示，PBS, CUR@PCM组，光照和未光照的伤口在15天后仅减少约50%。万古霉素组创面仅减少约62%。IRC@PCM + NIR组创面缩小约70%，说明细菌根除在一定程度上促进了创面愈合。
总结
我们开发了一种新型的NIR-II光热剂(IRC)，在PTT中具有优异的疗效。将姜黄素包埋在PCM脂质体中，获得IRC-CUR@PCM智能抗菌平台。该平台用于糖尿病创面溃疡耐药细菌感染的快速有效治疗。在980 nm激光照射下，IRC-CUR@PCM表现出有效的PTT和精确的姜黄素释放，从而协同破坏细菌膜和消灭细菌。在感染MRSA的糖尿病小鼠模型中，IRC-CUR@PCM促进细胞增殖、M2巨噬细胞极化和胶原沉积，从而加速伤口愈合。它能有效地消除组织修复过程中的细菌，促进从炎症到增殖的转变。此外，IRC-CUR@PCM表现出良好的生物相容性，没有任何明显的毒性作用。因此，这种nir - ii激活的智能纳米抗菌平台为有效治疗糖尿病伤口细菌感染和改善预后提供了一种有前景的解决方案，在其他各种深层耐药细菌感染中具有潜在的临床应用前景。
参考文献
Development of D–A–D-Type NIR-II Photothermal Agents for Synergistic Eradication of Multidrug-Resistant Bacteria and Promoting Diabetic Wound Healing Ji Liu, Yuxin Wang, Weijie Gao, Mingyi Cao, Haojun Bian, Shiya Wang, Lijuan Gui, Changhui Zhao, Yueqing Gu, Qifeng Zhong,* Jinrong Zheng,* Li Zhang,* and Zhenwei Yuan*，Adv. Funct. Mater. 2024, 2411986， https://doi.org/10.1002/adfm.202411986
