Angew. Chem. ：活性氧和一氧化氮时空释放以克服生物膜异质性

细菌生物膜的形成使细菌感染成为最严重的全球健康问题之一。由于细菌和细胞外聚合物(EPS)对抗菌剂的敏感性不同，生物膜的异质性是生物膜治疗的主要挑战。

针对这一问题，浙江大学王秀瑜教授提出了一种克服生物膜异质性的治疗策略，其中抗菌剂(NO)和EPS分散剂（Fe³⁺诱导生成的活性氧(ROS)）分别加载到蛋黄壳纳米平台的蛋黄和壳层中（NONOate/NP@GA-Fe MOF），并将其用于对抗细菌生物膜感染。

本文要点：

1. 在两步乳化法结合高压设备，合成了具有蛋黄壳结构的NONOate/NP@GA-Fe MOF纳米平台，其中蛋黄为嵌入FePt@Fe₃O₄核壳纳米粒子的PEI (负载NO)，壳层为GA-Fe MOF壳。在细菌生物膜的微环境下，NONOate/NP@GA-Fe MOF纳米平台能够释放Fe³⁺并诱导产生ROS；在交变磁场作用下，NONOate/NP@GA-Fe MOF纳米平台能够可控释放NO。

2. 探究了NONOate/NP@GA-Fe MOF清除生物膜的机理。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌生物膜体外杀菌实验结果表明，NONOate/NP@GA-Fe MOF纳米平台具有良好的体外杀菌效果，可以通过磁屏蔽装置精确控制NONOate/NP@GA-Fe纳米平台的杀菌作用区域。扫描电镜和原子力显微镜结果证明，NONOate/NP@GA-Fe纳米平台在生物膜微环境作用生成ROS破碎EPS基质，降低生物膜的机械强度，随后在磁场作用下可控释放NO起到深层杀菌作用。

3. 定量分析了NONOate/NP@GA-Fe MOF生物膜渗透能力。细胞毒性实验证明NONOate/NP@GA-Fe MOF具有良好的生物相容性。雌性裸鼠体内的抗生物膜活性研究结果表明，该纳米平台能治疗小鼠伤口感染，具有良好的抗生物膜治疗效果。三维（3D）球形生物膜模拟实验结果表明NONOate/NP@GA-Fe MOF的渗透深度达110微米，具有良好的生物膜渗透效果。

与药代动力学特征不一致的传统联合化疗相比，该策略利用了ROS和NO的药代动力学互补性，其中具有短扩散距离和高氧化还原电位的ROS破坏了 EPS，促进了具有长扩散距离和广谱抗菌性的NO穿透生物膜并消除内部细菌。此外，三维(3D)球形生物膜模型的构建具有新颖性和临床相关性。

参考文献：

Xue Han. et al. Spatiotemporal Release of ROS and NO for Overcoming Biofilm Heterogeneity. Angew Chem Int Ed. 2022.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961222002198

论文信息

Spatiotemporal Release of ROS and NO for Overcoming Biofilm Heterogeneity

xue han,Qi Lou,feng feng,Guanhua Xu,song hong,li yao,shijie qin,Dazhuan Wu,xiaoping ouyang,zhiguo zhang,Xiuyu Wang

文章的第一作者是浙江大学和北京化工大学联合培养硕士生韩雪，通讯作者为浙江大学能源工程学院王秀瑜教授和中国科学院化学所姚立教授。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202202559