基于负载金纳米簇脂质体的生物传感器平台，实现无创、快速的细菌检测

金黄色葡萄球菌（S. aureus），包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），是导致人类大量轻微和严重感染的原因，尤其是在在植入医疗器械（如人工关节、心脏起搏器、血管支架、骨折内固定装置等）的外科手术中，微生物在植入物周围组织或植入物表面繁殖而引起的感染，导致植入物功能丧失、局部组织损伤，甚至引起全身性的败血症等严重后果，从而显著增加发病率、死亡率和医疗成本。

现有细菌感染的早期诊断的方法包括传统的细菌培养以及改进后的聚合酶链反应（PCR）、酶联免疫吸附测定（ELISA）和质谱法（MS），然而这些方法需从患者植入部位采样，有必要使用拭子、抽吸，甚至组织活检或取出植入物，具有侵入性，可能导致额外感染，且存在检测周期长，检测成本高，仅限于资源有限的实验室和医疗机构中的应用。因此，对于无创，低成本，便捷高效的细菌感染检测平台的存在较大需求。

AuNCs负载脂质体生物传感器的设计及细菌检测机制

AuNCs负载脂质体生物传感器是将自组装谷胱甘肽（GSH）稳定的AuNCs，包封在脂质体中构成，具备低细胞毒性，高比表面积比，在复杂的生理环境中具有稳定的催化活性、以及体积小等优点。将包埋有负载AuNCs的脂质体的HA水凝胶作为植入物模型，用于检测细菌感染。通过暴露于附近病原菌产生的毒素，AuNCs从脂质体传感器单元中释放出来，因其小于肾脏过滤阈值（5.5 nm），AuNCs迅速到达肾脏并被过滤到尿液中，在AuNCs类过氧化物酶催化作用下，3,3'，5,5'-四甲基联苯胺（TMB）被氧化产生蓝色变化以验证AuNCs的存在，进而作为细菌感染的指标。

AuNCs负载的脂质体在体外对金黄色葡萄球菌有反应

为了更加贴近临床使用场景，评估AuNCs负载脂质体在体外对其附近细菌的反应性，研究员使用S. aureus培养物代替毒素上清进行了孵育实验，旨在模拟细菌感染期间的整个传感过程。将脂质体传感器与S. aureus培养物或仅与TSB培养液孵育后，在不同时间点离心获得上清液，过滤上清液，收集从脂质体中释放出来的含有AuNCs的滤液。收集的滤液进行TMB检测，观察到与TSB培养液孵育的脂质体的滤液即使在24小时孵育后也没有颜色变化，表明脂质体在没有细菌的情况下在介质中具有高度的稳定性，后续进一步在不同的介质中(PBS，PBS：TSB 1：1，和10v/v%的人血清)验证了脂质体的高度稳定性。相反与S. aureus培养物孵育，3个小时蓝色产生，5个小时颜色最深，表明AuNCs成功释放且此时催化效率最高(图5a -5c)，后续颜色变化不明显可能原因：细菌生长导致过滤单元堵塞，以及拆解后脂质体碎片的堆积。

为了评估AuNCs脂质体的细胞相容性，将RAW 264.7细胞暴露在脂质体传感器或单独AuNCs的系列稀释液中，并用MTS法评估细胞活力。结果表明，细胞活性未受明显影响，脂质体传感器与AuNCs均具有良好的生物相容性。以上结果表明合成了一种生物相容性传感器，能够在体外响应金黄色葡萄球菌的生长。

结论

研究设计的生物传感平台利用细菌毒素作用触发脂质体的分解，结合无机AuNCs的催化活性和肾脏清除能力，通过尿液比色读数，实现了与植入物相关的细菌感染的快速和无创检测。为植入物感染的早期检测带来了巨大的希望，从而能够及时进行治疗，以限制发生严重并发症和其他细菌感染的机会，有望成功应用于急性植入物感染的诊断。

参考文献：

Chen K, Najer A, Charchar P, et al. Non-invasive in vivo sensing of bacterial implant infection using catalytically-optimised gold nanocluster-loaded liposomes for urinary readout[J]. Nature Communications, 2024, 15(1): 10321.