近年來，抗生素的濫用導(dǎo)致耐藥菌株的出現(xiàn)和發(fā)展一直是人類健康面臨的最嚴(yán)重威脅之一。目前，每年有700,000例死亡與抗菌素耐藥性有關(guān)，因此早期檢測出細(xì)菌感染和耐藥菌對(duì)治療方案的選擇非常重要。然而，檢測感染的常用方法受到對(duì)專業(yè)人員的需求以及昂貴儀器的限制。
世界衛(wèi)生組織（WHO）受便攜式和低成本設(shè)備的啟發(fā)，認(rèn)為紙質(zhì)設(shè)備（PBD）的可持續(xù)性、生物安全性、低成本和易于制作的特性有望成為有前途的抗菌治療平臺(tái)。近年來，PBD已被廣泛用于便攜式生物傳感器和滅菌紙。但是，尚未出現(xiàn)通過PBD來實(shí)現(xiàn)細(xì)菌的感測與治療功能的報(bào)道。
亮點(diǎn)
近期，中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所的曲曉剛研究員開發(fā)了一種用于感測和治療耐藥菌的便攜式紙基創(chuàng)可貼（PBA）。該創(chuàng)可貼就像細(xì)菌耐藥性比色卡一樣通過顏色變化來判斷是否存在抗藥性細(xì)菌，并實(shí)施選擇性抗菌策略。研究人員通過PBA成功地檢測并有效地治療了大腸桿菌（E. coli）的藥物敏感（DS）和耐藥（DR）菌株。該設(shè)計(jì)可以最大化治療效果并用肉眼實(shí)時(shí)跟蹤檢測耐藥菌，同時(shí)制作成本低且易于操作，為細(xì)菌感染的檢測和治療開辟了一條新的途徑。
PBA的設(shè)計(jì)與制備
研究人員首先在90°C下合成了基于卟啉的MOF納米顆粒PCN-224；然后將殼聚糖（CS）附著在PCN-224表面上得到PCN-224@CS（CP）以實(shí)現(xiàn)酸響應(yīng)特性。圖1的SEM和TEM顯示CS的修飾不會(huì)影響MOF結(jié)構(gòu)的完整性。
隨后，如圖1C所示，將CP固定在無菌纖維素紙上得到便于攜帶的Paper@CP，纖維素紙的羥基被高碘酸鹽氧化成醛基；然后通過形成的仲胺將CP均勻分布在紙上，從而成功得到了CP改性的纖維素紙PBA。
PBA感測細(xì)菌感染
研究人員將大腸桿菌與CP和BTB的混合物共同孵育，結(jié)果如圖2B所示，隨著細(xì)菌濃度的增加，添加DS或DR的E. coli，PBA均會(huì)變成黃色，表明其具有酸響應(yīng)性的能力。
隨后將E. coli溶液滴到PBA試紙上，如圖2C所示，在DR E. coli存在下，PBA從綠色變?yōu)榧t色，并且細(xì)菌濃度越高，PBA的紅色越深，這符合臨床診斷的需要。這表明了可通過PBA的顏色變化感測細(xì)菌感染并提示細(xì)菌的耐藥性。
PBA在選擇性治療中的應(yīng)用
隨后，研究人員進(jìn)行了圖3所示的選擇性抗菌實(shí)驗(yàn)。制備了四個(gè)CP量的PBA，對(duì)于DS E. coli，其存活率隨CP量的增加而明顯降低；而CP濃度變化對(duì)DR E. coli的存活率沒有顯著影響，但在光照射后其生存能力變得極低。這表明，單獨(dú)的化學(xué)療法可以治療DS E. coli感染，而DR E. coli則需要化學(xué)療法和光動(dòng)力療法相結(jié)合。這也表明了PBA是選擇性抗菌的有前途的方法。
有效期檢測
有效期是設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的重要指標(biāo)，研究人員將PBA置于4°C下密封保存，然后取出進(jìn)行感測和抗菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示，一個(gè)月后PBA仍然對(duì)DS和DR E. coli顯示出相應(yīng)的顏色變化，并保持了對(duì)E. coli有效的滅菌能力。因此，PBA的有效期至少為一個(gè)月。
PBA消毒小鼠傷口
研究人員將PBA用于感測和治療受傷的小鼠。如圖5A所示，將傷口分別用DS和DR E. coli感染，并將PBA附著在傷口上。
對(duì)于DS E. coli感染，所有試紙均呈黃色，傷口在第三天幾乎完全愈合；對(duì)于DR E. coli感染，PBA均顯示紅色，并且當(dāng)采用光動(dòng)力療法和PBA組合治療時(shí)，傷口愈合得更好。這表明了PBA可有效地對(duì)E. coli的感染進(jìn)行感測，從而有助于治療方案的選擇。
PBA的應(yīng)用潛力
最后，研究人員構(gòu)建了圖6所示的受感染番茄模型，并將PBA附著在感染部位，以進(jìn)一步證明PBA的感測和治療潛力。
在混合菌株組中，PBA在第二天出現(xiàn)紅色，如果不加任何光處理，3天后西紅柿的感染部位就會(huì)變軟且凹陷，并且表面出現(xiàn)了數(shù)千種細(xì)菌。進(jìn)一步證實(shí)了PBA具有感知細(xì)菌感染并實(shí)時(shí)監(jiān)測耐藥菌的能力。
在本篇文章中，研究人員構(gòu)建了一種可視化的便攜式PBA，可感測耐藥菌并實(shí)施選擇性抗菌策略，與傳統(tǒng)的抗菌策略相比，該P(yáng)BA可以通過肉眼實(shí)時(shí)跟蹤耐藥菌，減輕了脫靶效應(yīng)的副作用，符合臨床診斷的需要。我們相信這項(xiàng)技術(shù)有望為細(xì)菌感染的檢測和治療提供新的方法，將極大地推動(dòng)新一代醫(yī)療應(yīng)用的開發(fā)！
原文鏈接：
