Advanced Healthcare Materials | 黄曦团队：功能化铑纳米粒子作为抗菌剂治疗耐药皮肤及软组织感染

第一作者：谭青琴 通讯作者：黄曦，刘磊

通讯单位：深圳市第三人民医院国家感染性疾病临床医学研究中心，中山大学附属第五医院

近期，深圳市第三人民医院黄曦教授团队在Advanced Healthcare Materials上发表了Functionalized Rhodium Nanoparticles as Antimicrobial Agents for Treatment of Drug-Resistant Skin and Soft Tissue Infections一文，阐述了功能化铑纳米粒子作为抗菌剂治疗耐药皮肤及软组织感染的研究工作。皮肤及软组织感染（SSTI）是门诊患者中最常见的细菌感染性疾病之一。耐药细菌的感染是SSTI患者治疗失败和死亡率增加的主要原因，严重威胁人类生命健康。在这项研究中，新一代铑纳米颗粒（Rh NPs）与乙二醇壳聚糖和聚多巴胺功能化的RhNP (Rh@GCS)被开发用于治疗耐药SSTI。RhNPs对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和耐银MRSA表现出良好的抗菌活性。修饰后的Rh@GCS表现出增强的抗菌活性，并可以通过增加细胞膜的通透性直接杀死各种耐药细菌，包括革兰氏阳性MRSA和革兰氏阴性耐多药大肠杆菌和铜绿假单胞菌。此外Rh@GCS在MRSA诱导的SSTI小鼠模型中有效抑制细菌生长并促进皮肤损伤的愈合。这些结果表明Rh@GCS是一种很有前途的非抗生素抗菌剂，可用于治疗耐药SSTI。

要点一：

本研究构建了乙二醇壳聚糖（GCS）修饰的Rh NPs(Rh@GCS)作为抗菌剂，用于治疗耐药细菌引起的SSTI。当Rh@GCS暴露在局部皮肤感染微酸性环境中时，其正电荷增加，从而诱导Rh@GCS与带负电荷的细菌发生强烈的相互作用，提高其抗菌活性。

要点二：

Rh@GCS具有广谱抗菌活性，可通过破坏细菌细胞膜杀死各种耐药细菌，包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐多药大肠杆菌和耐多药铜绿假单胞菌。Rh@GCS已在MRSA诱导的皮下脓肿和感染的烫伤创面小鼠模型中得到验证。

图1.RhNPs的特性和抗菌作用。（A）AgTNPs的溶液照片及其TEM图像。（B）Rh NPs的溶液照片及其TEM图像。（C）合成的AgTNPs和RhNPs的水合粒径和ζ电位。（D）由AgTNPs和Rh NPs处理后的MRSA菌落的照片。（E）基于图（D）中照片的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌菌落计数。（F）耐银耐甲氧西林金黄色葡萄球菌诱导示意图。（G） 用AgNPs或RhNPs处理正常和耐银 MRSA后的涂板菌落照片。（H）基于（G）中琼脂板照片的菌落定量直方图。

图2. Rh@GCS的pH响应表征和抗菌性能评估.（A）Rh@GCS的TEM图像。（B） Rh@PDA和Rh@GCS的水合粒径分布.（C）Rh@GCS在不同的pH（pH 4.4、5.4、6.4和7.4）下Zeta电位。（D）Rh@GCS在pH 7.4或6.3条件下处理后的细菌的代表性SEM图像和涂板菌落照片（E）Rh@GCS在pH 7.4或6.3条件下处理后的细菌菌落的定量分析。（F）用PBS、PDA@GCS、RhNP以及Rh@GCS处理MRSA后琼脂平板上菌落的照片.（G）基于（F）中琼脂板的菌落计数。

图3. Rh@GCS的体外广谱抗菌活性。（A）经PBS或Rh@GCS治疗后的MRSA, MDR-E. coli, and MDR-PA的涂板菌落代表性照片。（B）在用PBS或Rh@GCS处理后MRSA, MDR-E. coli, and MDR-PA的菌落定量分析。（C）经Rh@GCS治疗后MRSA, MDR-E. coli, and MDR-PA的生长曲线（光密度：OD 600）。（D）经Rh@GCS处理后的MRSA, MDR-E. coli, and MDR-PA的代表性SEM图像。

图4. Rh@GCS诱导细菌细胞膜的损伤。（A）在PBS或Rh@GCS治疗后MRSA, MDR-E. coli and MDR-PA的共聚焦荧光图像。（B）和Rh@GCS共孵育后受损细菌膜DNA/RNA泄漏的定量分析。（C）用PBS或Rh@GCS治疗后MRSA, MDR-E. coli and MDR-PA的TEM图像。

图5.体内抗菌试验。（A）治疗MRSA感染的脓肿小鼠模型的示意图。（B）不同治疗后的小鼠皮下脓肿存活菌落的定量分析。（C）在不同治疗的小鼠中MRSA诱导的皮下脓肿的照片。（D）带荧光Rh@GCS在注射脓肿后，0、6、12、24和48小时皮肤脓肿的荧光信号，以及48 h时在主要器官中的荧光分布。

图6. Rh@GCS体内抗菌和伤口愈合性能。（A）治疗MRSA烫伤创面感染小鼠模型的示意图。（B）不同治疗下，各处理组小鼠感染创面存活菌落的定量分析。（C）各种治疗后感染烫伤皮肤愈合过程的照片。（D）不同处理后的代表性H&E和Masson染色皮肤切片。

图7. Rh@GCS的体内外生物相容性。（A）CCK-8评估不同浓度的Rh@GCS下的细胞毒性。（B）不同量的Rh@GCS治处理后的溶血率。盐水作为阴性对照，水作为阳性对照。（C）有或无Rh@GCS治疗后小鼠的体重变化。血液分析包括（D）红细胞计数和血红蛋白（HGB）浓度，（E）白细胞（WBC）和中性粒细胞（Gran）计数，（F）丙氨酸转移酶（ALT）和天冬氨酸转移酶（AST）水平，（G）静脉注射Rh@GCS或PBS 21天后处死的健康BALB/c小鼠的血尿素氮（URE）和肌酐（CRE）水平。（H）H&E染色。

结论：本研究设计了一种新型的基于RhNP的金属抗菌纳米材料用于治疗耐药SSTI。合成的RhNPs表现出比AgNPs更好的抗菌活性。RhNPs对耐药细菌和抗银细菌表现出类似的抑制作用。与pH响应性的GCS结合后，形成的Rh@GCS随着细菌在弱酸性环境中的增加，从而提高其杀菌能力。在许多情况下，SSTI涉及与多种细菌的共同感染。Rh@GCS表现出广谱抗菌活性，甚至对耐多药的革兰氏阳性MRSA、革兰氏阴性MDR-E.coli和MDR-PA也有抗菌活性。Rh@GCS通过增强其细胞膜的渗透性直接杀死细菌。与Ag纳米材料相比，Rh@GCS在MRSA诱导的SSTI小鼠模型中表现出强大的抗菌作用，并在体内促进脓肿和感染性烫伤创面的愈合。Rh@GCS无论是在体外还是在体内，都可以证明其可作为治疗耐药SSTI的前瞻性非抗生素抗菌药物。

全文链接： https:// doi.org/10.1002/adhm.202203200.

Cite：Qingqin Tan, Zhenxing Chen, Lei Liu*, Xi Huang*. Functionalized Rhodium Nanoparticles as Antimicrobial Agents for Treatment of Drug-Resistant Skin and Soft Tissue Infections. Advanced Healthcare Materials. 2023.