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上海交大劉盡堯團(tuán)隊(duì) Sci. Adv.：表面修飾賦能光活性基因工程菌
2024-03-10  來(lái)源：高分子科技

  近日，中科院一區(qū)J Nanobiotechnology (IF=10.2, Springer Nature)執(zhí)行主編、上海交通大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究院劉盡堯等以“Upconversion dual-photosensitizer-expressing bacteria for near-infrared monochromatically-excitable synergistic phototherapy”為題在Science Advances發(fā)表細(xì)菌表面上轉(zhuǎn)換納米顆粒修飾賦能光活性基因工程菌及其介導(dǎo)的光熱（PTT）和光動(dòng)力（PDT）協(xié)同治療相關(guān)研究工作進(jìn)展。




  光熱和光動(dòng)力協(xié)同治療比單一光療策略展現(xiàn)出更好的治療前景。開(kāi)發(fā)先進(jìn)光敏劑，能提高光能轉(zhuǎn)化效率或促進(jìn)活性氧(ROS)產(chǎn)生，對(duì)有效光療至關(guān)重要。協(xié)同光療的主要策略是將兩種不同的光敏劑集成到單一系統(tǒng)中。然而，聯(lián)合光敏劑由于激發(fā)方式不兼容、照射穿透深度有限、缺乏特異性等原因，往往存在操作復(fù)雜、體內(nèi)療效不佳的問(wèn)題。細(xì)菌具有獨(dú)特的自然特征如固有的運(yùn)動(dòng)能力、菌群抑制能力、乏氧腫瘤靶向定植等，在生物醫(yī)用領(lǐng)域吸引了廣泛的興趣。由于細(xì)菌表面具有豐富的反應(yīng)基團(tuán)和基因工程工具的發(fā)展，可以對(duì)細(xì)菌進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能修飾，使其成為疾病治療新興的候選者。近年來(lái)，細(xì)菌經(jīng)常被用作攜帶PTT或PDT光敏劑的載體，以增加在目標(biāo)位點(diǎn)的積累。然而，很少有研究報(bào)道將細(xì)菌改造為攜帶兩種不同光敏劑以實(shí)現(xiàn)協(xié)同光療的載體。之前的方法，尤其是化學(xué)修飾，很難將足夠多的光敏劑引入細(xì)菌中，而且得到的細(xì)菌常受到不兼容的激發(fā)模式的困擾。此外，紫外線和可見(jiàn)光的有限穿透深度給基于細(xì)菌的協(xié)同光療帶來(lái)了挑戰(zhàn)。因此，迫切需要探索如何將細(xì)菌的生物特征與協(xié)同光療的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的治療效果。基于此，該團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種上轉(zhuǎn)換雙光敏劑表達(dá)細(xì)菌（UDPB），用于近紅外（NIR）單色可激發(fā)的協(xié)同PTT和PDT。 



  通過(guò)整合基因工程技術(shù)和表面修飾策略，細(xì)菌可遺傳編碼同時(shí)表達(dá)生物源光熱黑色素和光敏KillerRed熒光蛋白；借助簡(jiǎn)單的一步亞胺硫醇烷解環(huán)反應(yīng)將細(xì)菌表面的伯氨殘基轉(zhuǎn)換為活性巰基，通過(guò)巰基介導(dǎo)的點(diǎn)擊反應(yīng)偶聯(lián)上轉(zhuǎn)化納米顆粒（UCNPs）。 



  UDPB表現(xiàn)出獨(dú)特的單色輻射雙激活特性，黑色素的光熱轉(zhuǎn)換可以直接啟動(dòng)，而KillerRed的光動(dòng)力效應(yīng)可以通過(guò)上轉(zhuǎn)換的可見(jiàn)光發(fā)射間接激發(fā)。UDPB還顯示出在缺氧腫瘤組織中選擇性定植和通過(guò)細(xì)菌群落抑制病原體的活體特性，在協(xié)同光療中顯示出天然的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 



  在乳腺腫瘤和皮膚傷口金黃色葡萄球菌（S. aureus）感染的小鼠模型中，UDPB通過(guò)產(chǎn)生足夠的局部熱量和ROS水平，在病變部位展現(xiàn)出令人滿意的治療潛力。具體來(lái)說(shuō)，UDPB能引發(fā)全身免疫反應(yīng)和誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，進(jìn)而觸發(fā)有效的抗腫瘤反應(yīng)。此外，UDPB破壞S. aureus細(xì)菌外膜，抑制過(guò)度激活的炎癥反應(yīng)，促進(jìn)慢性感染傷口愈合。UDPB期望能推動(dòng)先進(jìn)光敏劑的研發(fā)，并為光療協(xié)同治療疾病提供獨(dú)特策略。 



  劉盡堯研究員為該論文通訊作者，上海交通大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究院曹湞萍副研究員和上海交通大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院李茜研究員為共同通訊作者。該工作得到樊春海院士的大力指導(dǎo)以及科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、上海市探索者計(jì)劃等經(jīng)費(fèi)支持。


  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk9485

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