光热与群体感应协同抗念珠菌：BEPE水凝胶研究

皮下白色念珠菌感染的处理难点，既与病灶位置较深有关，也与生物膜形成后的耐受性增加有关。外用制剂不易充分到达感染部位，而长期依赖单一抗真菌药物还可能面临疗效下降的问题。近红外光热治疗可以在局部产生热效应，帮助破坏菌体和生物膜；不过，如果完全依赖较高温度，也需要考虑周围组织的受热风险。基于这一矛盾，研究者没有把重点放在单一杀菌手段上，而是尝试把光热、膜破坏和群体感应干预放进同一个材料体系。具体而言，EGCG先被装载到介孔聚多巴胺（PDA）中，再与牛血清白蛋白（BSA）和ε-聚赖氨酸（ε-PL）混合。近红外光照射后，PDA产生的热量促使BSA变性并在原位成胶，最终形成可注射、可降解的BEPE水凝胶。PDA负责光热转换，ε-PL主要通过阳离子作用破坏微生物细胞膜，EGCG则用于干预群体感应和生物膜形成。

研究内容

图1.PDA与EGCG/PDA表征

电镜下，PDA和EGCG/PDA都保持较规则的球形，粒径约为242 nm和248 nm。DLS测得的数值稍大，原因可能是颗粒进入溶液后形成了水化层。负载EGCG以后，FTIR在1690 cm⁻¹处出现酯羰基峰，XPS的C1s谱也在288.83 eV处多出一个峰。这两处变化与EGCG进入PDA载体相符。材料的BET比表面积是16.81 m²/g，NLDFT测得的平均孔径为14.86 nm，仍能看到介孔结构。ζ电位则由-13.3 mV变为-16.3 mV。PDA原有的颗粒形态和光热基础没有因为载药而明显改变，EGCG也获得了相对稳定的承载空间。

图2.水凝胶成胶、光热与EGCG缓释/降解

制备时，PDA先与BSA混合得到BP，加入EGCG/PDA后成为BEP，最后加入ε-PL，形成BEPE前体。808 nm近红外光的功率密度设为1.5 W/cm²。照射1 min时，体系温度约为55℃，到1.5 min时接近65℃，BSA随之受热变性并成胶。流变结果中G′高于G″，表明材料成胶后以弹性行为为主。释放实验持续48 h，裸露EGCG/PDA的释放量达到23.35 μg/mL，BEPE中的释放量只有2.89 μg/mL。两者差距较大，BSA与ε-PL形成的网络对EGCG释放产生了明显限制。把BEPE放入含IV型胶原酶的模拟体液后，凝胶逐渐由致密变得疏松，24 h后已经出现碎散。蛋白溶出量随时间增加，DLS也记录到大颗粒向小颗粒转变。

图3.体外抗菌（浮游菌）及体外抗生物膜

白色念珠菌浮游菌实验中，BP组仍有83.5%的菌体存活。加入EGCG后，BEP组降至63.2%。BEPE与近红外光合用时，存活率降到0.5%。变形链球菌也出现类似变化，BP组和BEP组的存活率为59.0%和41.8%，BEPE组的杀菌率达到99.6%。显微观察与菌落计数能够相互印证。CFDA-SE信号变化提示细胞膜完整性受到影响，SEM下的真菌出现塌陷，细菌也有明显变形。Live/Dead染色中，BEPE组以红色荧光为主。生物膜部分，BP、BEP和BEPE处理后残留量为75.0%、48.8%和23.1%。按结晶紫数据换算，BEPE清除了约76.9%的生物膜，论文摘要给出的综合效率是80.5%。残余蛋白从3.55 mg/mL降到0.46 mg/mL，eDNA荧光随之减弱，菌体运动范围也缩小了。几组结果放在一起看，光热主要扰动膜结构，ε-PL继续作用于细胞膜，EGCG对群体感应和生物膜形成产生影响。

图4.抗氧化与生物相容

TMB-HO·检测中，BP、BEP和BEPE的清除率为66.7%、81.3%和68.6%。DPPH·检测得到的结果是60.7%、72.4%和70.9%。细胞实验里，处理组的ROS绿色荧光明显变弱。溶血率方面，BP为0.16%，BEP为0.26%，BEPE为2.07%，都没有超过实验采用的5%判定线。L929细胞培养24 h后，三个处理组的存活率是100.7%、106.2%和96.3%，培养到48 h仍高于90%。这些结果只能反映材料在本次体外实验条件下的表现，但至少没有显示出明显的急性细胞毒性或溶血问题。

图5.体内皮下真菌脓肿治疗

研究人员在小鼠背部皮下注射10⁸ CFU/mL白色念珠菌建立脓肿模型，再向不同组注入对应的材料前体，并进行1.5 min近红外照射。红外图像记录到局部温度由30.1℃升至60.5℃，停止照射后温度回落。第4天取样时，BEPE组真菌活力为1.29%，BP组和BEP组还有51.94%和37.13%。组织切片中，阳性对照组每10⁴ μm²有111.2个炎症细胞，BEPE组降至26.3个。BEPE组的胶原沉积率为30.8%，BP组为13.1%。到第9天，BEPE组创面大多已经闭合，并可见上皮形成。心、肝、脾、肾切片未发现明显病理变化。动物实验的方向与体外结果一致，但局部温度达到60.5℃这一点仍值得关注，后续研究需要进一步评估组织受热范围和安全边界。

从实验结果看，BEPE水凝胶的特点并不是单纯提高光热温度，而是让几种作用方式在局部同时发生。PDA提供热效应，ε-PL参与膜破坏，EGCG则更多作用于群体感应和生物膜。体外实验中，白色念珠菌存活率降至0.5%；在小鼠脓肿模型中，第4天真菌活力降至1.29%，并伴随炎症细胞减少和胶原沉积增加。这些数据为局部治疗皮下真菌感染提供了一个可讨论的材料方案。不过，目前证据主要来自体外实验和小鼠模型，距离临床应用仍有一段距离。人体组织中的光热分布、给药剂量、重复使用后的反应以及材料长期降解产物，都需要通过进一步研究回答。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c18001