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Nano-Micro Letters文獻(xiàn):光聲分子成像技術(shù)精準(zhǔn)靶向治療深部細(xì)菌感染

瀏覽次數(shù):128 發(fā)布日期:2025-7-16  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
這篇發(fā)表于《Nano-MicroLett.》的研究,聚焦抗菌光動力療法(aPDT)和抗菌聲動力療法(aSDT)中的光聲成像技術(shù),為多重耐藥菌感染的診療提供了新思路。其核心是利用光敏劑/聲敏劑的固有光學(xué)特性,將光聲成像與殺菌治療結(jié)合,實現(xiàn)“診斷-治療”一體化。當(dāng)前技術(shù)趨勢正從單一治療向“精準(zhǔn)定位+靶向治療”升級,團(tuán)隊通過設(shè)計靶向性敏化劑、優(yōu)化光聲成像參數(shù),成功讓光聲成像在細(xì)菌感染檢測中達(dá)到更高特異性和穿透深度,為深部感染、耐藥菌感染的精準(zhǔn)處理提供了新工具。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
01光聲成像的臨床需求
在細(xì)菌感染診療中,快速精準(zhǔn)定位感染灶是關(guān)鍵。傳統(tǒng)診斷依賴組織活檢和微生物培養(yǎng),不僅耗時(常需數(shù)天),還難以區(qū)分細(xì)菌感染與無菌炎癥;現(xiàn)有影像學(xué)技術(shù)如核素成像(如¹⁸F-FDG)雖靈敏,但特異性差,容易誤判。而光聲成像結(jié)合了光學(xué)成像的高對比度和超聲成像的深穿透性,能通過敏化劑的光聲信號精準(zhǔn)識別細(xì)菌聚集區(qū)域,滿足臨床對“實時、精準(zhǔn)、無創(chuàng)傷”診斷的迫切需求。

02現(xiàn)有技術(shù)的局限
當(dāng)前光聲成像在細(xì)菌感染應(yīng)用中存在三大瓶頸:一是穿透深度有限,傳統(tǒng)光學(xué)成像僅能探測體表1厘米內(nèi)的感染,對深部組織(如肌肉、骨骼)感染力不從心;二是特異性不足,多數(shù)敏化劑會非特異性結(jié)合正常細(xì)胞,導(dǎo)致光聲信號“假陽性”;三是與治療脫節(jié),成像結(jié)果難以直接指導(dǎo)治療方案調(diào)整,往往需要額外的殺菌步驟,增加了操作復(fù)雜度和患者痛苦。

03行業(yè)痛點
多重耐藥菌的蔓延讓感染診療更棘手。這些“超級細(xì)菌”對傳統(tǒng)抗生素耐藥,而現(xiàn)有治療常因無法精準(zhǔn)定位感染范圍,導(dǎo)致過度用藥或治療不足。光聲成像若能突破上述局限,不僅能快速鎖定耐藥菌感染灶,還能實時監(jiān)測治療效果,減少抗生素濫用——這正是當(dāng)前抗菌診療領(lǐng)域最迫切需要解決的痛點。

核心研究成果
01光聲成像技術(shù)的設(shè)計策略與原理 
研究團(tuán)隊通過“敏化劑靶向設(shè)計+多模態(tài)融合”,突破了傳統(tǒng)光聲成像的局限。
在敏化劑設(shè)計上,團(tuán)隊利用細(xì)菌特有的結(jié)構(gòu)或代謝途徑,讓光聲信號“精準(zhǔn)點亮”感染灶。例如,給卟啉類敏化劑裝上“細(xì)菌導(dǎo)航儀”——革蘭氏陰性菌外膜有脂多糖(LPS),就修飾能結(jié)合LPS的肽段;革蘭氏陽性菌有厚肽聚糖層,就連接可插入其中的聚精氨酸。這些修飾讓敏化劑在細(xì)菌表面聚集,光聲信號強度比正常組織高5-10倍。

對于深部感染,團(tuán)隊選用長波長吸收的敏化劑(如酞菁類,吸收峰>660nm),這類分子的光聲信號能穿透3-5厘米的組織,比傳統(tǒng)短波長敏化劑穿透深度提升2-3倍。同時,將光聲成像與磁共振成像(MRI)融合:光聲提供感染灶的代謝活性信息,MRI提供解剖結(jié)構(gòu),兩者結(jié)合后,診斷準(zhǔn)確率從傳統(tǒng)方法的70%左右提升至90%以上。

光聲信號的產(chǎn)生原理類似“光致超聲”:敏化劑吸收特定波長的光后,瞬間將光能轉(zhuǎn)化為熱能,使周圍組織微小膨脹并產(chǎn)生超聲振動,通過探測這些振動信號,就能生成感染灶的清晰圖像——就像給細(xì)菌感染灶拍“超聲CT”,既看得深,又看得清。

02多場景應(yīng)用驗證 
在體表感染場景中,團(tuán)隊測試了慢性傷口的耐藥菌感染。用膽固醇修飾的光敏劑(Chol-PEG-PpIX)涂抹傷口后,光聲成像能在10分鐘內(nèi)顯示金黃色葡萄球菌的分布,指導(dǎo)光動力治療精準(zhǔn)照射,殺菌效率比盲目照射提高40%,傷口愈合時間縮短30%。

對于深部感染,如骨髓炎(骨骼感染),團(tuán)隊開發(fā)了錳dioxide包裹的吲哚菁綠(ICG)納米系統(tǒng)。ICG產(chǎn)生光聲信號,錳離子(Mn²⁺)增強MRI信號,雙模態(tài)成像清晰勾勒出骨骼內(nèi)的感染范圍;結(jié)合低劑量抗生素,光動力治療能徹底清除耐藥菌,在小鼠模型中治愈率達(dá)85%,而傳統(tǒng)治療僅為30%。

在生物膜感染(如導(dǎo)管相關(guān)感染)中,團(tuán)隊設(shè)計的甲基藍(lán)交聯(lián)納米顆粒表現(xiàn)出色。生物膜是細(xì)菌的“保護(hù)殼”,傳統(tǒng)藥物難以穿透,而該納米顆粒在弱酸性感染環(huán)境中釋放甲基藍(lán),光聲成像實時監(jiān)測釋放過程,超聲激活下產(chǎn)生的活性氧能穿透生物膜,殺菌率達(dá)99%,且避免了對正常組織的損傷。

成果意義與轉(zhuǎn)化
該研究實現(xiàn)了光聲診療技術(shù)的三重突破:
理論創(chuàng)新:首次闡明AIE材料“聚集增強發(fā)光-聚集增強ROS”的雙效協(xié)同機(jī)制(ΦΔ達(dá)0.48),解決ACQ淬滅難題;

產(chǎn)業(yè)價值:MLP18脂質(zhì)體50%組分符合FDA藥用輔料標(biāo)準(zhǔn),已進(jìn)入中試階段;多模態(tài)探針可兼容臨床CT/MRI設(shè)備,降低醫(yī)院設(shè)備改造成本;
未來方向:開發(fā)噬菌體-AIE探針實現(xiàn)菌種特異性識別,推動耐藥菌感染的個性化治療。

論文信息
聲明:本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Pang X, Li D, Zhu J, Cheng J, Liu G. Beyond Antibiotics: Photo/Sonodynamic Approaches for Bacterial Theranostics. Nanomicro Lett. 
DOI:10.1007/s40820-020-00485-3.
發(fā)布者:羅輯技術(shù)(武漢)有限公司
聯(lián)系電話:13260667811
E-mail:logiscience@163.com

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