新型比色创可贴:细菌感染一贴就好!

近年来,抗生素的滥用导致耐药菌株的出现和发展一直是人类健康面临的最严重威胁之一。目前,每年有700,000例死亡与抗菌素耐药性有关,因此早期检测出细菌感染和耐药菌对治疗方案的选择非常重要。然而,检测感染的常用方法受到对专业人员的需求以及昂贵仪器的限制。

世界卫生组织(WHO)受便携式和低成本设备的启发,认为纸质设备(PBD)的可持续性、生物安全性、低成本和易于制作的特性有望成为有前途的抗菌治疗平台。近年来,PBD已被广泛用于便携式生物传感器和灭菌纸。但是,尚未出现通过PBD来实现细菌的感测与治疗功能的报道。

亮点

近期,中科院长春应用化学研究所的曲晓刚研究员开发了一种用于感测和治疗耐药菌的便携式纸基创可贴(PBA)该创可贴就像细菌耐药性比色卡一样通过颜色变化来判断是否存在抗药性细菌,并实施选择性抗菌策略。研究人员通过PBA成功地检测并有效地治疗了大肠杆菌(E. coli)的药物敏感(DS)和耐药(DR)菌株。该设计可以最大化治疗效果并用肉眼实时跟踪检测耐药菌,同时制作成本低且易于操作,为细菌感染的检测和治疗开辟了一条新的途径。

 

新型比色创可贴:细菌感染一贴就好!

PBA的设计与制备

研究人员首先在90°C下合成了基于卟啉的MOF纳米颗粒PCN-224;然后将壳聚糖(CS)附着在PCN-224表面上得到PCN-224@CS(CP)以实现酸响应特性。图1的SEM和TEM显示CS的修饰不会影响MOF结构的完整性。

随后,如图1C所示,将CP固定在无菌纤维素纸上得到便于携带的Paper@CP,纤维素纸的羟基被高碘酸盐氧化成醛基;然后通过形成的仲胺将CP均匀分布在纸上,从而成功得到了CP改性的纤维素纸PBA

 

 

新型比色创可贴:细菌感染一贴就好!
图1. PBA的制备与表征

 

PBA感测细菌感染

研究人员将大肠杆菌与CP和BTB的混合物共同孵育,结果如图2B所示,随着细菌浓度的增加,添加DS或DR的E. coli,PBA均会变成黄色,表明其具有酸响应性的能力。

随后将E. coli溶液滴到PBA试纸上,如图2C所示,在DR E. coli存在下,PBA从绿色变为红色,并且细菌浓度越高,PBA的红色越深,这符合临床诊断的需要。这表明了可通过PBA的颜色变化感测细菌感染并提示细菌的耐药性。

新型比色创可贴:细菌感染一贴就好!
图2.PBA检测细菌感染和耐药菌

 

PBA在选择性治疗中的应用

随后,研究人员进行了图3所示的选择性抗菌实验。制备了四个CP量的PBA,对于DS E. coli,其存活率随CP量的增加而明显降低;而CP浓度变化对DR E. coli的存活率没有显著影响,但在光照射后其生存能力变得极低。这表明,单独的化学疗法可以治疗DS E. coli感染,而DR E. coli则需要化学疗法和光动力疗法相结合。这也表明了PBA是选择性抗菌的有前途的方法。

新型比色创可贴:细菌感染一贴就好!
图3. PBA的选择性治疗表征

 

有效期检测

有效期是设备在实际应用中的重要指标,研究人员将PBA置于4°C下密封保存,然后取出进行感测和抗菌实验,结果如图4所示,一个月后PBA仍然对DS和DR E. coli显示出相应的颜色变化,并保持了对E. coli有效的灭菌能力。因此,PBA的有效期至少为一个月。

新型比色创可贴:细菌感染一贴就好!
图4. PBA有效期的检测

 

PBA消毒小鼠伤口

研究人员将PBA用于感测和治疗受伤的小鼠。如图5A所示,将伤口分别用DS和DR E. coli感染,并将PBA附着在伤口上。

对于DS E. coli感染,所有试纸均呈黄色,伤口在第三天几乎完全愈合;对于DR E. coli感染,PBA均显示红色,并且当采用光动力疗法和PBA组合治疗时,伤口愈合得更好。这表明了PBA可有效地对E. coli的感染进行感测,从而有助于治疗方案的选择。

新型比色创可贴:细菌感染一贴就好!
图5.PBA消毒小鼠伤口

 

PBA的应用潜力

最后,研究人员构建了图6所示的受感染番茄模型,并将PBA附着在感染部位,以进一步证明PBA的感测和治疗潜力。

在混合菌株组中,PBA在第二天出现红色,如果不加任何光处理,3天后西红柿的感染部位就会变软且凹陷,并且表面出现了数千种细菌。进一步证实了PBA具有感知细菌感染并实时监测耐药菌的能力。

新型比色创可贴:细菌感染一贴就好!
图6.PBA治疗期间的番茄照片

 

在本篇文章中,研究人员构建了一种可视化的便携式PBA,可感测耐药菌并实施选择性抗菌策略,与传统的抗菌策略相比,该PBA可以通过肉眼实时跟踪耐药菌,减轻了脱靶效应的副作用,符合临床诊断的需要。我们相信这项技术有望为细菌感染的检测和治疗提供新的方法,将极大地推动新一代医疗应用的开发!

原文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.9b01104

相关新闻

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

微信