唐本忠院士/何学文教授ACS Nano：AIE“武装”噬菌体-DNA纳米生物偶联物

11月前

细胞内细菌感染由于能够逃避免疫防御并表现出显著的耐药性，给人类的生命和健康带来了相当大的风险。因此，应对和管理这些感染意义重大，同时也是困难重重。

在本研究中，香港中文大学唐本忠教授和苏州大学何学文教授等人通过将聚集诱导发射发光分子（AIEgen）光敏剂和核酸整合到噬菌体框架上（形成MS2-DNA-AIEgen生物偶联物），开发了一种多功能活噬菌体纳米偶联物。这些纳米偶联物可以快速穿透哺乳动物细胞并特异性识别细胞内细菌，同时产生可检测的荧光信号。通过利用AIEgen光敏剂的光动力特性和噬菌体固有的靶向和裂解能力，可以有效地消灭细胞内细菌，并恢复感染细胞的活性。此外，该工程噬菌体纳米偶联物能够加快糖尿病小鼠模型中观察到的细菌感染伤口的愈合过程，同时增强感染细胞内和体内的免疫活性。研究设想，这些利用AIEgen光敏剂和球形核酸的多功能噬菌体纳米偶联物可能为对抗细胞内细菌提供一种突破性的策略，并为细胞内细菌感染相关疾病的治疗应用提供强大的途径。相关工作以“Aggregation-Induced Emission-Armored Living Bacteriophage-DNA Nanobioconjugates for Targeting, Imaging, and Efficient Elimination of Intracellular Bacterial Infection”为题发表在ACS Nano。

【文章要点】

在此，作者提出了一种强大的细胞内细菌特异性成像和杀伤策略，该策略基于精心设计的噬菌体纳米偶联物（MS2-DNA AIEgen）。如图1所示，该偶联物由AIEgen光敏剂和DNA序列进行共同修饰，对细胞内细菌具有内在靶向性和细菌光动力杀伤（PDI）活性。作为纳米偶联物的基础，噬菌体可确保其对宿主细菌固有的精确靶向能力。通过将DNA序列共价连接到其表面，噬菌体被转化为经典的球形核酸制剂，从而获得穿透受感染的细胞膜、在细胞内导航并最终靶向细胞内细菌的能力。

图1 MS2-DNA -AIEgen

此外，AIEgens可以在噬菌体的引导下发出明亮的荧光信号，从而标记并照亮细胞内的细菌。当暴露于白光时，偶联物再通过有效的原位ROS产生来实现对细胞内细菌的彻底清除，从而恢复受感染巨噬细胞的活性。同时，这一过程也会导致免疫活性增强，如IL-6和TNF-α等关键免疫因子的显著上调和IL-10的下调。在糖尿病小鼠的细菌感染伤口模型中，研究观察到通过施用MS2-DNA -AIEgen成功消除了感染细菌，并从而加速了愈合率（图2）。这些发现表明，多功能MS2-DNA-AIEgen纳米生物偶联物结合了噬菌体的特异性靶向能力、球形核酸的有效膜渗透能力以及AIEgen光敏剂在协同成像和消灭细胞内细菌方面的杰出荧光成像和光动力活性。它为处理细胞内细菌提供了一条有效的途径，在治疗细胞内细菌感染相关疾病方面具有巨大的潜力。