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Angew. Chem.:AIE共轭聚合物用于微生物感染的诊疗一体化

自然界中分布着大量的微生物,并无时无刻影响着我们的生活:它们既作为生态系统中的重要组成部分维持着生态平衡;同时病原性微生物造成的严重感染,也严重威危害了人们的生命健康。在过去几十年中,各种抗生素的发现有效地治疗了致病菌引起的相关疾病,但是由于抗生素的大量使用导致大量耐药菌的出现,如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐万古霉素肠球菌等。为此,开发新型、高效的微生物诊疗一体化策略,这将对抗微生物感染的治疗具有显着影响。


近年来,光动力治疗(PDT)由于其高度的时空可控性及不容易产生耐药性等优势,具有良好性能的光敏材料已经在微生物诊疗一体化中得到了广泛应用。但是目前常用的光敏性材料如卟啉等,由于在生理环境中容易形成聚集体,会抑制活性氧(ROS)的产生。而具有聚集诱导发光(AIE)性能的光敏材料,聚集态下不仅具有高的发光效率,还能有效产生ROS,从而在PDT治疗微生物感染中展现出独特的优势和广阔的应用前景。


近日,华南理工大学唐本忠院士(点击查看介绍)团队秦安军教授(点击查看介绍)等成功设计并制备了一种具有超强ROS产生能力及优异生物安全性的AIE共轭聚合物,并用于体外及活体抗菌研究中。该AIE共轭聚合物分子设计理念主要基于以下几点:(1)通过在共轭聚合物骨架中引入D-π-A结构及四苯基乙烯基团赋予所得聚合物在聚集态下超强的ROS生成能力,甚至是其小分子模型化合物和商业化光敏剂Ce 6 10倍以上;(2)通过引入4-叠氮全氟代苯甲酸酯基元,使得聚合物在紫外光照下能够有效产生自由基;(3)将季铵盐基团置于侧链的中间而非末端,使得该聚合物具有平衡的亲疏水性,能够特异性与微生物结合。


研究证明该AIE聚合物在微生物及哺乳动物细胞同时存在的情况下,能够选择性只与微生物结合,且细胞毒性实验显示该聚合物对于哺乳动物细胞基本没有毒性;相同条件下,该聚合物的小分子模型化合物跟微生物及哺乳动物细胞均能高效结合,并且对哺乳动物细胞展现出较高的毒性。荧光成像实验发现,聚合物稳定分布在微生物的细胞壁上,并在病原微生物死亡以后进入细胞内部,具有区分死/活微生物的潜在应用。此外该聚合物还能够稳定、持续标记以出芽方式繁殖的原代微生物48小时以上,在微生物长效示踪具有很好的应用前景。基于该AIE共轭聚合物超强的ROS和自由基产生能力,体外杀菌实验证明该聚合物无论在白光下还是太阳光下,均具有很好的抗菌活性;动物感染模型实验进一步证明,用该聚合物处理动物模型感染伤口后,其恢复效果甚至比头孢噻吩更好,血液生化分析及组织切片研究证明该聚合物具有非常好的生物安全性。因此,基于该新型AIE共轭聚合物优异的抗菌性能和良好的生物兼容性,使其在微生物感染治疗等领域具有广阔的应用前景。


这一成果发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者为华南理工大学周涛涛胡蓉博士和王俪蓉博士。该研究得到了邱燕萍、张贵泉、邓棋云、印平安、南部战区总医院张海燕博士、南部战区总医院詹纯列主任、南方医科大学南方医院司徒博博士等人的大力支持。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

An AIE-Active Conjugated Polymer with High ROS-Generation Ability and Biocompatibility for Efficient Photodynamic Therapy of Bacterial Infections

Taotao Zhou, Rong Hu, Lirong Wang, Yanping Qiu, Guiquan Zhang, Qiyun Deng, Haiyan Zhang, Pingan Yin, Bo Situ, Chunlie Zhan, Anjun Qin, Ben Zhong Tang

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201916704


导师介绍

唐本忠

https://www.x-mol.com/university/faculty/7059

秦安军

https://www.x-mol.com/university/faculty/75961


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