光敏抗生素的检测及其在病原菌和肿瘤细胞杀伤中的应用研究

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病原菌感染和癌症对人类生命健康的威胁已经成为全球科学家关注的热点。抗生素作为最主要的抗菌药物,在人类抗感染治疗方面发挥了重要的作用。抗肿瘤类抗生素的开发也为抗肿瘤治疗提供了新途径。但是人类对于抗生素的不合理使用甚至滥用,催生了越来越多的耐药性病原菌,导致多种抗生素的疗效下降甚至失效。而现有抗生素的种类多、数量大、价格低且抗菌机理明晰,因此,进一步研究开发现有抗生素的新功能以拓展其应用备受关注。本文通过筛选光敏抗生素并基于其固有特性发展了快速、简便、灵敏的抗生素检测新方法。结合共轭聚合物纳米材料优异的光学性质构建了系列抗生素修饰的多功能共轭聚合物纳米粒子,并研究了其在病原菌和肿瘤细胞杀伤方面的应用。具体研究内容如下:(1)选择六种传统抗生素:多粘菌素B(PMB),磺胺甲二唑(SMT)、诺氟沙星(Norf)、替考拉宁(Teic)、氨苄青霉素(AMP)和卡那霉素(Kana),探究了它们在白光光源激发下产生活性氧(ROS)的能力。首先利用非特异性ROS染料2',7'-二氯二氢荧光素(DCFH)筛选出能产生ROS的抗生素。然后,利用ROS特异性染料(单线态氧荧光染料和羟基荧光素)及电子顺磁共振光谱仪探究了抗生素产生ROS的具体种类。结果显示PMB和Norf能产生·OH、SMT能产生·OH和~1O2、Teic能产生·O2-。并利用荧光成像验证了在光照条件下,PMB在大肠杆菌体内可产生ROS。研究结果可为光敏抗生素的检测及其在抗菌抗肿瘤治疗中的应用提供新思路。(2)基于去甲金霉素(DMCO)和多粘菌素B(PMB)在一定光源激发下产生ROS的特性,开发了一种光辅助、非竞争免疫分析方法,并将其应用于DMCO和PMB的检测。通过固定在96微孔板中的特异性抗体捕获目标抗生素,然后在蓝光灯激发下捕获的抗生素可以产生ROS。同时,产生的ROS可以直接将溶液中的DCFH染料氧化为DCF,从而释放荧光信号,实现了抗生素的检测。该方法对DMCO和PMB检测的检出限分别为2 ng/m L和58 ng/m L。方法简单、灵敏、经济,为光敏抗生素的检测提供了一种简便、通用的新方法。(3)基于纳米再沉淀法和点击化学反应制备了一种PMB修饰的多功能共轭寡聚物纳米粒子(PMB-CON)。PMB-CON中,CON表面修饰的PMB可选择性结合革兰氏阴性菌。基于CON较强的荧光发射性能实现了革兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coli)的荧光成像。基于PMB和CON在光照条件下均能产生ROS,实现了抗卡那霉素的E.coli的协同增强光动力杀伤。PMB-CON集靶向识别、荧光成像及协同光动力抗菌治疗于一体,为拓展PMB的应用及多功能抗菌纳米材料的开发提供了新思路。(4)基于共轭聚合物纳米粒子(F8IC)优异的光热性能和PMB的光动力活性,制备了一种集靶向识别、光动力治疗(PDT)和光热治疗(PTT)于一体的多功能纳米粒子(F8IC-PMB)。F8IC表面的PMB能选择性结合到革兰氏阴性菌表面。基于在近红外光激发下PMB和F8IC分别能产生ROS和光热,实现了革兰氏阴性菌的PDT-PTT联合抗菌治疗。研究的光敏抗生素修饰多功能纳米粒子策略拓宽了光敏抗生素的应用并为对抗细菌耐药性和增强光动力抗菌治疗提供了一种新策略。(5)基于PMB的光动力活性和聚合物(F8-DTBT)的优异的荧光性质制备了叶酸(FA)修饰的纳米粒子(F8DTBT-FA),并利用化学偶联反应将PMB修饰到F8DTBT-FA表面,制备了一种多功能聚合物纳米粒子(PMB@F8DTBT-FA),探索研究了其在抗肿瘤治疗方面的应用。通过PMB@F8DTBT-FA中FA与表面过表达叶酸受体的MCF-7癌细胞特异结合,基于F8-DTBT优越的荧光性质,实现了MCF-7癌细胞的荧光成像;基于PMB在近红外808 nm光源激发下可产生ROS,实现了对癌细胞的光动力杀伤。该方法可为光敏抗生素应用于抗肿瘤治疗提供新思路。
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