在Nano Letters上发表的文章，题为：Aminophenol-Decorated Gold Nanoparticles for Curing Bacterial Infections。该工作的通讯作者是南方科技大学的蒋兴宇教授，他们课题组的研究方向主要包括微流控芯片和纳米生物医学。

抗生素是治疗细菌感染的有效手段，然而目前超过70%的细菌感染对抗生素具有抗药性，这种多重耐药菌(MDR)菌株的流行成为了全球性的医疗保健问题，因此迫切需要开发新的抗生素替代物来克服这个问题。抗菌纳米材料具有较高的抗菌功效和多种抗菌机制，使其成为了治疗抗菌感染的主流。其中金纳米粒子(Au NPs)具有高比表面积、独特的光学特性和低毒性，是纳米级抗生素的优先候选者。然而，目前报道的金纳米粒子缺乏明确的抗菌机制，这可能会阻碍新型纳米级抗生素的开发。

在本文中，作者使用一锅法合成了不同氨基苯酚(AP)异构体修饰的Au NPs (AP_Au NPs；邻位，2AP；间位，3AP；对位，4AP；如图1)，并探究了它们的抗菌能力及抗菌机制。AP是一种抗结核药物的中间体，它的氨基对金(Au)的结合亲和力强于羟基，因此AP主要通过-NH₂锚定Au NPs。透射电子显微镜(TEM)显示，所有纳米粒子均为圆形，平均直径约为5 nm。动态光散射结果表明其具有高稳定性和良好的分散性。此外，三种类型的纳米颗粒的吸附峰均在520 nm附近，与Au NPs的典型吸收峰一致。

图1 AP_Au NPs的表征。(A)分子式; (B) TEM; (C) DLS; (D)紫外可见光谱。

接下来，作者选用氨基糖苷类抗生素庆大霉素(Gen)作为阳性对照，评估了AP_Au NPs对不同种类的革兰氏阴性菌或革兰氏阳性菌及其相应的临床MDR菌株的最小抑制浓度(MIC)。结果表明，AP_Au NPs在抑制革兰氏阴性菌方面比革兰氏阳性菌更有效，这与Gen的抗菌谱相似，但AP_Au NPs在抑制MDR菌株方面比Gen更有效。同时作为阴性对照，AP或Au NPs单独使用在抑菌方面没有效果。其中4AP_Au NPs具有最高的抗菌活性，因此作者选择它进行后续实验。

图2 4AP_Au NPs的抗菌活性。(A)TEM; (B) SEM; (C) (D)细菌细胞壁渗透性。

随后作者探究了AP_Au NPs的抗菌机制。在使用MIC浓度的4AP_Au NPs处理细菌后，TEM表明大多数细菌保持相对完整的轮廓，而一小部分细菌的细胞壁受损(如图2)。同样的，SEM和荧光染料diSC3(5)测量的膜电位数值也得出了相似的结果，即AP_Au NPs能部分破坏细菌细胞壁。通过测量4AP_Au NPs在不同细菌中的内化和ATP水平，作者发现4AP_Au NPs的内化会导致ATP水平降低，意味着它会破坏细菌的代谢。此外，作者通过凝胶电泳和等温滴定量热法(ITC) 证明4AP_Au NPs和16S rRNA存在相互作用，从而有效阻断蛋白质的合成。

图3 4AP_Au NPs或Gen对腹腔内感染细菌的小鼠的治疗效果。(A)存活率; (B)体重分析。

最后，作者通过体内实验评估了4AP_Au NPs对腹部感染模型的治疗作用(如图3)。结果表明，4AP_Au NPs或Gen对S.a或E. coli感染的小鼠都具有良好的治疗效果。对于MRSA或MDR E. coli感染，4AP_Au NPs治疗在72小时后同样可以保持 100% 的小鼠存活，而所有Gen治疗的小鼠在24小时后全部死亡，证明了4AP_Au NPs 在体内对MDR细菌引起的感染具有显着的抗菌作用，而Gen 几乎无法治愈MDR细菌引起的感染。此外，体重分析和不同治疗时间点组织中的细菌分布也进一步证实了4AP_Au NPs的抗菌能力和安全性。

综上所述，作者开发了一种氨基酚修饰的金纳米粒子 (AP_Au NPs)，它可以通过两种机制抑制细菌：破坏细菌细胞壁以及与16S rRNA结合从而阻断蛋白质的合成，在对抗多重耐药细菌方面表现出更好的效果，为开发更多模拟抗生素的纳米材料提供了新的思路。

作者：LJH    审校：LCY

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04968

Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c04968