眾所周知，目前主要是通過抗生素來治療細菌感染性疾病，但是大量的使用抗生素出現了耐藥性（MDR）物種，極大的降低了抗生素的治療效果並導致很高的死亡率。如今，聲動力學療法（SDT）利用超聲波（US）激活聲敏劑產生活性氧（ROS）對各種MDR細菌具有很高的細胞毒性，且不會產生耐藥性。然而，當前報道的大多數聲敏劑（薑黃素等）都高度疏水，不利於其在血液中循環。此外，在激活過程中，O2的存在對於產生ROS至關重要。因此，細菌感染炎症部位的低氧微環境在很大程度上限制了SDT的治療效果。更嚴重的是，SDT中氧氣的快速消耗將極大加重缺氧現象，進一步降低SDT的療效。因此，開發智能納米系統以有效地將聲敏劑輸送到感染部位並同時緩解與缺氧相關的屏障是增強SDT療效的一種新策略。
根據研究發現，Au等貴金屬納米顆粒（NPs）可以作為產生ROS的納米酶，從而對革蘭氏陰性/陽性細菌都具有優異的抗菌性能。同時，這些納米材料在水溶液中的分散性好、生物相容性好、較大的比表面積以及在病變處優異的累積能力而有望成為藥物遞送的載體。
基於此，廈門大學的鄭南峰教授、劉剛教授和陳小蘭副教授（共同通訊作者）聯合報道了一種超聲波可轉換的納米酶系統（Pd@Pt-T790），在超聲波激活過程中可控制的催化產生氧氣，助力產生ROS，從而降低了與低氧相關的屏障以增強了SDT的療效。該納米平臺是由Pd@Pt納米片與4（4-羧基苯基）卟啉（T790）連接製備的。在將T790修飾到Pd@Pt上可以顯著的阻斷Pd@Pt的活性，但在US照射下，納米酶活性可以被有效的恢復，以催化內源性H2O2分解產生O2。這種阻斷和激活納米酶活性有助於降低其對正常組織的毒副作用，並有望實現活性可控和疾病位點特異性的納米酶催化行為。利用Pd@Pt-T790在感染部位的出色積累和生物相容性，其可以消除耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）誘導的肌炎，以及有助於通過光聲（PA）成像和磁共振成像（MRI）無創監測SDT的治療。該工作為SDT治療多藥耐藥細菌感染提供了一種新思路。
【圖文解讀】解析：通過PEG接頭將T790修飾在Pd@Pt納米片上而獲得Pd@Pt-T790納米平臺（圖1a），具有良好的生物相容性和較高的載藥量。此外，共價結合可以避免T790在到達靶組織之前被提前釋放。利用熒光、光聲（PA）和計算機斷層掃描（CT）成像，證實Pd@Pt-T790會在細菌感染的肌炎中有效累積。同時，在感染區氧合血紅蛋白信號明顯增強，證實了超聲可轉換酶催化產生O2。得益於自產生O2，Pd@Pt-T790的SDT功效被極大提高，可根除MRSA誘導的深層肌炎（圖1b）。此外，通過PA成像和MRI成像原位監測了Pd@Pt-T790納米酶系統的SDT進展。
圖1、Pd@Pt-T790的主要合成步驟及其細菌感染的US可切換納米酶催化產生O2增強SDT的示意圖。
解析：從透射電子顯微鏡（TEM）圖像中觀察，所製備的Pd NSs的尺寸在50 nm左右。在Pd NSs上生長的Pt納米點呈現島狀的形態（圖2a），對比Pd NSs，製備的Pd@Pt的形貌和尺寸沒有明顯變化。通過高角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡-能量色散X射線光譜（HAADF-STEM-EDX）進一步證實了Pd@Pt中Pd和Pt元素的存在（圖2b）。在用SH-PEG-NH2和T790修飾Pd@Pt後，製備的Pd@Pt-T790的形貌沒有重要變化（圖2c）。Pd@Pt的流體動力學尺寸為44 nm，對於Pd@Pt-PEG變為59 nm，Pd@Pt-T790變為91 nm（圖2d）。同樣，Pd@Pt-T790的Zeta電位為-18.0 mV（圖2e），比T790（-12.0 mV）和Pd@Pt-PEG（-13.5 mV）的負電位更大。此外，通過UV-Vis-NIR光譜（圖2f）和熒光測量來證明T790被成功的修飾在Pd@Pt上。Pd@Pt-T790的吸收光譜不僅保留了Pd@Pt在NIR區域的寬吸收，而且有T790的特徵吸收，最大吸收峰位於415 nm（圖2f）。為了探究Pd@Pt-T790是否仍然保持催化H2O2生成O2性能，作者利用了一種溶解氧儀（JPBJ-608便攜式溶解氧儀），在存在H2O2情況下體外監測Pd@Pt-T790產生的O2（圖2g）。如圖2g所示，Pd@Pt-T790+H2O2的幾乎沒有檢測到生成O2，可能是由於T790的塗層影響了擴散，減少H2O2與Pd@Pt的接觸。同時，還研究了pH對Pd@Pt-T790酶活性阻斷的影響。發現Pd@Pt的活性強烈依賴於pH值。如圖2h所示，單獨的DCFH-DA，用H2O2或US輻射處理的DCFH-DA幾乎沒有熒光，表明產生的ROS可以忽略不計。同時，還研究了納米酶增強SDT過程中
1O2的產生。通過使用TEMP生成TEMPO自由基，並導致ESR信號分裂成特徵性的1：1：1三聯信號（圖2i），可以看出對比TEMP+H2O2+US組，其他實驗組均顯示出1O2的特徵信號增加。所有這些表明，US輻射不僅可以使聲敏劑產生ROS，而且可以激活Pd@Pt-T790被阻斷酶的活性，從而進一步增強SDT產生更多的ROS。
圖2、Pd@Pt-T790的理化表徵
解析：作者利用臨床分離的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA，革蘭氏陽性細菌）作為模型細菌來測試Pd@Pt-T790的SDT的抗菌能力。如圖3b所示，未在US輻射情況下，遊離T790、Pd@Pt和Pd@Pt-T790處理的MRSA，其生長仍保持在70％以上，表明這些材料具有良好的生物相容性。僅接受超聲處理的MRSA仍具有完整的形態和光滑的物體，但經過Pd@Pt-T790介導的SDT處理後，細菌的形狀發生了重要變化。
接著，作者利用激光共聚焦掃描顯微鏡（CLSM）進一步表徵了Pd@Pt-T790的SDT抗菌作用。在未經US照射情況下，對照組、US、Pd@Pt和T790組中的細菌均發出綠色熒光，表明Pd@Pt-T790治療組中所有細菌均活著，而一些死亡細菌（紅色熒光）出現可能是由於Pd@Pt催化產生的O2增強了T790的光敏作用。在US活化後，Pd@Pt-T790治療組的所有細菌均顯示紅色熒光，表明催化增強的SDT效應可誘導廣泛的細菌死亡，但是分別用T790+US或Pd@Pt+US處理後，仍然有大量細菌存活（圖3d）。結果表明，Pd@Pt-T790介導的SDT可以有效且迅速的破壞MRSA細菌，具有臨床MRSA感染治療的巨大潛力。
圖3、Pd@Pt-T790的作用機制和細胞實驗
解析：為了測試Pd@Pt-T790在炎症部位是否也具有良好的累積效果，作者將在右大腿後部肌肉上具有MRSA感染的小鼠用作動物模型，並通過SH-PEG-NH2雙功能試劑對Pd@Pt用Cy5.5-NHS修飾，以實時監控其累積效果。如圖4a所示，靜脈注射1 h後，[email protected]迅速累積到細菌感染部位，在注射6 h後達到最大值。半定量熒光分析進一步證實，[email protected]可以有效地在感染組織中積累，並且在注射6 h後達到最大值（圖4b）。同樣，Pd@Pt-T790仍然在感染部位表現出高積累，表明T790的修飾並沒有改變Pd@Pt的體內行為。如圖4c所示，Pd@Pt或Pd@Pt-T790在PA信號及其濃度之間呈現出幾乎相同的線性關係，表明T790的修飾不會影響Pd@Pt和Pd@Pt-T790的PA成像能力。在靜脈注射6 h後，Pd@Pt處理的小鼠感染部位周圍的PA信號幾乎是注射前的2倍（圖4d，f）。此外，受感染的腿和正常腿之間的CT信號明顯對比也表明，Pd@Pt在細菌感染的組織中有良好的積累（圖4e，g）。綜上所述，這些體內成像數據不僅表明Pd@Pt-T790可以有效地積累在感染部位，並將內源性H2O2分解成O2以增強T790的SDT功效，而且還證實了Pd@Pt-T790作為造影劑，可提供影像引導的感染治療。
圖4、Pd@Pt-T790的體內實驗
【小結】綜上所述，作者成功的構建了Pd@Pt-T790納米平臺，並將其用於催化增強SDT來治療MRSA感染的肌炎。製備的Pd@Pt-T790納米平臺具有以下優點：（1）T790與Pd@Pt納米片的共價結合，保持了良好的穩定性並且避免被過早的釋放；（2）製備的Pd@Pt-T790可通過EPR作用有效地積聚在深層細菌感染中，為SDT提供了良好的保證；（3）超聲敏化劑T790的修飾可顯著阻斷Pd@Pt的納米酶活性，而US輻射可有效激活Pd@Pt-T790的活性，從而降低了納米酶對正常器官的潛在毒性，並提供了豐富的氧氣源用於SDT誘導產生ROS，從而顯著增強治療效果；（4）該系統還具有熒光、PA顯像和CT顯像劑來指導消除感染的治療過程；（5）MRI和光聲氧合血紅蛋白飽和度成像以實時監測治療過程；（6）Pd@Pt-T790還具有優異的體內外生物相容性。製備的Pd@Pt-T790在US輻射下，在體內和體外可以完全根除細菌的感染。該工作不僅可以通過US可轉換的催化產生氧氣來增強SDT的功效，而且還提供了一種有效的治療深層細菌感染的方式。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b08667
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