题目：pH 响应性 AIE 光敏剂用于增强抗菌治疗

期刊：Angewandte Chemie International Edition

影响因子：16.1

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202506505

汇报人：谢懿雯-23级-硕士

细菌感染会显著改变局部微环境，细菌代谢产生的酸性副产物导致 pH 值显著降低。利用这一特性，我们合成并鉴定了 DHTPA，一种近红外 （NIR） 荧光和 pH 响应聚集诱导发射 （AIE） 光敏剂，用于增强针对细菌感染的光动力疗法。与中性条件 （pH 7.4） 相比，DHTPA 聚集体在弱酸性条件下 （pH 5.5） 的 ROS 生成量增加了 2.1 倍，这归因于其 pH 依赖性的电子结构调节。在近红外光照射下，DHTPA 聚集体精确响应酸性微环境，显着促进 ROS 的产生，从而有效根除细菌。体外研究表明，DHTPA 对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的杀菌效率均超过 99.9%。在小鼠感染的伤口模型中，DHTPA 治疗使伤口愈合加速了 2.4 倍，显着减少了细菌负荷，并减轻了炎症反应，突出了其治疗潜力。通过整合 NIR 活化、pH 响应性和 AIE 特性，DHTPA 提出了一种精确有效的抗菌治疗策略，为细菌感染的临床管理提供了创新的解决方案。

细菌感染构成了严重的全球健康挑战，特别是由于抗生素耐药病原体的日益流行。光动力疗法 （PDT） 已成为一种很有前途的非侵入性抗菌策略，它利用光敏剂 （PS） 在光激活时产生细胞毒性活性氧 （ROS），对细菌膜、蛋白质和 DNA 造成不可逆的损伤。与针对特定细胞途径的传统抗生素不同，PDT 通过氧化应激发挥广谱抗菌作用，显著降低细菌耐药性发展的风险。然而，尽管具有潜力，但由于在复杂生物条件下 ROS 生成不足以及在酸性和低氧环境中光敏剂性能不佳等挑战，PDT 在细菌感染治疗中的临床应用仍然有限。

由于细菌代谢和炎症，细菌感染的组织通常表现出酸性微环境 （pH 4.5-6.5）。在此类环境中，常规 PS 通常会出现聚集诱导的荧光猝灭和 ROS 生成减少，从而限制了它们的治疗效果。为了应对这些挑战，研究人员探索了 pH 响应和聚集诱导发射 （AIE） PS 的开发，它可以在酸性条件下特异性激活并通过聚集效应增强 ROS 的产生。基于 AIE 的 PS 克服了在传统荧光基团中观察到的聚集导致猝灭 （ACQ） 的局限性，从而能够增强生物系统中的荧光发射和光动力学效率。尽管已经研究了 pH 反应性 AIE PS 用于肿瘤治疗，但它们在抗菌 PDT 中的应用在很大程度上仍未得到探索。

通过整合 NIR 活化、pH 响应性和 AIE 效应，DHTPA 代表了一种精确有效的抗菌 PDT 策略，为细菌感染的临床管理提供了一种新的解决方案。

1.材料合成及表征

以苯并[c，d]吲哚为核心受体单元 （A），与三苯胺和咔唑衍生物偶联为强供体单元 （D），设计并合成了一系列具有 NIR 吸收的供体-受体 （D-A） 有机小分子 （DHCZS、DHCZV、DTPA 和 DHTPA）。对其进行了一系列表征。

紫外-可见吸收光谱显示随着结构变化而逐渐红移，DHTPA 分别在 ∼680 和 730 nm 处显示最大吸收和发射峰。活性氧检测实验结果表明，这些 PS 通过 I 型和 II 型光化学途径产生多种 ROS，在常氧和低氧条件下都能实现强大的治疗效果。其中，DHTPA 聚集体表现出最显著的 ROS 生成能力。最后探索了“星形分子”DHTPA 的酸响应特性，结果表明表明 DHTPA 聚集体的光敏性能在酸性条件下显著增强，从而能够高效生成 ROS。

2.DFT理论计算

为了进一步阐明 DHTPA 的卓越 PDT 性能，采用密度泛函理论 （DFT） 和时间依赖性 DFT （TD-DFT） 系统分析了 DHCZS、DHCZV、DTPA 和 DHTPA 的电子结构，重点关注前沿分子轨道分布及其对 ROS 生成的影响。

理论计算揭示了 DHTPA 卓越的电子结构和激发态动力学，进一步验证了其作为高效 ROS 发生器的潜力。通过优化的电子构型和激发能量转移，DHTPA 显著提高了光动力效能，为其在 PDT 中的应用提供了强有力的理论支持。

3.体外抗菌实验及潜在机理探究

鉴于 DHTPA 聚集体显着的 ROS 生成能力，本研究进一步研究了其在不同 pH 条件下的抗菌性能和潜在机制。金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别被选为代表性革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。

在酸性 （pH = 5.5） 和中性 （pH = 7.4） 条件下，DHTPA + L 组与其他组相比，细菌生物膜的 CFU 显着降低，在酸性条件下观察到更明显的抗菌效果。采用扫描电子显微镜 （SEM） 观察细菌生物膜的形态变化。在 DHTPA + L 组中，细菌细胞在酸性条件 （pH = 5.5） 下表现出最明显的膜损伤，许多细胞表现出严重的结构破坏或完全裂解。相比之下，对照组和 DHTPA 组表现出相对较小的膜损伤，变化明显不如 DHTPA + L 组观察到的变化明显。为了进一步研究 DHTPA 聚集体对生物膜的影响，本研究利用荧光染料结合共聚焦激光扫描显微镜 （CLSM） 进行 3D 重建分析。总之，DHTPA 聚集体在 660 nm 激光照射和酸性 pH 条件下表现出优异的抗菌性能，特别是在细菌感染代谢引起的局部酸性微环境中。

4.小鼠伤口愈合实验

为了进一步研究 DHTPA 聚集体对抗伤口感染的功效，使用金黄色葡萄球菌感染的皮肤伤口愈合小鼠模型进行了一项体内研究。

与对照组相比，DHTPA 组表现出明显的伤口大小减小和中度愈合。

为了进一步评估 DHTPA 聚集体在修复感染伤口中的作用，使用苏木精和伊红 （H&E） 染色和 Masson 三色染色对伤口组织进行组织学评估。

DHTPA + L 组显示炎症细胞浸润显着减少，表明炎症减轻。炎症的减少可归因于 DHTPA 聚集体在 660 nm 激光照射下产生强大的 ROS，这增强了其抗菌效力并加速伤口修复。

总之，我们精心设计并确定了一种 NIR 光敏剂 DHTPA，它集成了酸响应性和 AIE 特性。这种光敏剂可显著增强酸性条件下 ROS 的生成，并在细菌感染组织中激活 NIR 光后实现高效的 PDT。DHTPA 聚集体克服了传统 PDT 在复杂生物环境中的局限性，并在治疗伤口感染方面显示出显着的潜力。它有效消除细菌，降低毒力因子的表达，减轻组织炎症，促进胶原蛋白沉积，刺激血管生成，从而加速感染伤口的愈合。在抗生素耐药性不断升级的背景下，这种双响应 AIE 光敏剂为抗菌治疗提供了一种创新的替代策略，并为未来的临床转化提供了强有力的支持。