细菌感染是全球重大公共卫生难题，而抗生素滥用导致的耐药性进一步加剧了感染治疗挑战。传统诊断方法耗时、成本高，难以实现及时有效干预。因此，开发兼具高灵敏诊断与高效杀菌功能的诊疗一体化技术至关重要。基于这一背景，北京理工大学张小玲课题组提出了一种创新解决方案。他们以抗生素结构为基础，设计并合成了单分子双响应荧光探针Nap-CefTTPy，可在单一激发波长条件下，通过细菌硝基还原酶（NTR）与青霉素结合蛋白（PBPs）双靶点激活，分别产生绿色与红色荧光，实现对细菌感染的无串扰双通道精准成像，同时具备光动力杀菌功能，体现出显著的诊疗协同优势。

Nap-CefTTPy的作用机制如图1所示。其分子结构由硝基萘酰亚胺与AIE光敏剂TTPy连接而成。探针带有正电荷，可通过静电吸引靶向细菌表面，并借助类似头孢菌素的β-内酰胺结构与PBPs共价结合，从而限制分子内运动（RIM），在红光区域（约650 nm）产生增强荧光。同时，细菌内分布广泛的NTR会将硝基还原为氨基，解除原有的PET效应，使绿光信号（约530 nm）明显增强。两种荧光信号互不干扰，实现了对细菌感染过程的双维度识别与监测。此外，该探针在光照条件下可高效产生活性氧（ROS），形成针对细菌的精准光动力治疗能力，大大提升治疗效率。

Nap-CefTTPy展现出高度的细菌选择性和生物安全性：当其与哺乳动物细胞共孵育时，不会进入细胞或引发明显荧光信号，有效避免对宿主组织造成光毒性伤害（图2）。在体外实验中，该探针对金黄色葡萄球菌、克雷伯菌、铜绿假单胞菌等多种革兰氏阳性与阴性致病菌均表现出优异杀菌能力，其中部分菌株在光照后可实现菌落近乎完全清除（图3）。进一步的小鼠皮肤金黄色葡萄球菌感染模型（图4）表明，在探针结合光动力处理后，感染伤口的愈合显著加快，炎症减轻、上皮修复与胶原沉积更为明显，同时未观察到对重要器官造成损伤，说明该探针具有良好的体内稳定性与生物相容性。

综上，Nap-CefTTPy通过创新性整合NTR与PBPs双靶标激活机制，实现了细菌感染检测与光动力治疗的一体化功能，具有高选择性、无串扰双通道成像、抗耐药潜力强等显著优势，为感染诊疗提供了新的技术策略。尽管如此，未来仍需进一步评估其在复杂感染环境、深部组织给药及临床可转化方面的表现，例如提升光敏剂组织穿透能力、延长循环半衰期、优化给药方式等，以推动该技术真正走向临床实践，造福感染患者。

图1  （A）细菌膜中Nap-CefTTPy激活示意图，展示其产生双通道荧光协同光动力治疗的过程。（B）Nap-CefTTPy在PBS中的吸收光谱，以及加入NTR和PBPs后的变化。（C）Nap-CefTTPy在PBS中的发射光谱，以及加入NTR和PBPs后的变化。（D）Nap-CefTTPy对NTR和PBPs的荧光响应，展示在有无抑制剂（双香豆素）时探针对两种靶标的特异性响应。

图2  （A）Nap-CefTTPy与金黄色葡萄球菌、BV2和GL261细胞在37°C下孵育1小时后的共聚焦荧光成像结果。（B）从图A中提取的金黄色葡萄球菌和哺乳动物细胞（BV2和GL261）的相对像素强度。（C）金黄色葡萄球菌和BV2和GL261细胞共孵育时的荧光成像结果。

图3  （A）经过不同处理的细菌平板的照片。展示了在有无Nap-CefTTPy和光照条件下，不同细菌（阳性和阴性）菌落的生长情况。（B）不同处理条件下琼脂平板上的细菌菌落分布。

图4  （A）Nap-CefTTPy探针在金黄色葡萄球菌感染伤口模型中光动力治疗的示意图。（B）不同处理组小鼠伤口在治疗后不同时间点（0、2、4、6、8、11天）的照片。（C）不同处理组小鼠伤口在治疗11天后的H&E染色图像，用于分析伤口愈合过程中的组织学状态。（D）不同处理组小鼠伤口愈合过程中相对伤口面积的变化曲线图。（E）不同处理组小鼠在治疗11天后伤口相对大小的柱状图，数据以均值±标准差（n=3）表示，*p < 0.05 表示Nap-CefTTPy+光照组与对照组之间存在显著性差异。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c04877