功能化纳米硒及介孔纳米钌载药系统抗菌活性及其机制的研究

摘要

细菌感染引发的传染病一直严重威胁着人类的健康，1948年抗生素的成功研制，转变了克服传染病的模式。抗生素被广泛应用于治疗不同类型的细菌感染，近年来，不断有许多新型强效抗生素和其他抗菌手段出现，但是由于抗生素的滥用，细菌对多种传统抗生素产生耐药性，甚至新型的抗生素临床应用一段时间后很快就产生抗药性。细菌感染仍导致世界范围内较高的发病率和死亡率。因此，开发治疗细菌感染新手段的需求急剧增加。近年来，新兴的纳米材料在抗菌领域有较大的潜力，甚至可以解决涉及多重耐药（MDR）细菌的感染。与常规的抗菌药物相比，纳米药物优势在于：尺寸较小，容易进入细菌细胞；比表面积大，可以负载功能性基团，增强其作用效果；毒性较低，便于生物降解或吸收；易于实现缓控释放及集中给药的功能，有希望从根本上克服耐药性。因此，纳米药物可能为细菌感染的诊断和治疗带来革命性的变化。 基于以上研究背景，本论文设计合成了两种不同类型的具有靶向细菌功能的纳米复合材料，多功能纳米硒治疗诊断平台和介孔纳米钌靶向递送抗菌系统，分别研究了它们对细菌感染的诊断治疗以及抵抗MDR细菌的能力。 本研究分为三个章节： 第一章：绪论，主要介绍了细菌的一些生物学知识，细菌对生物体的影响，以及致病菌的治疗方法和面临的挑战。重点介绍了纳米材料的分类及其主要抗菌机制，阐述了纳米材料在抗菌方面的研究现状、不足以及前景展望。 第二章：设计合成了一个多功能纳米治疗诊断平台（Se@PEP-Ru NPs），该纳米具有对细菌感染早期成像诊断和高效治疗为一体的功能。此外，由于纳米对细菌具有高特异性，在随后的体内和体外抗菌实验中均展现出优异的抗菌活性，表明纳米的高效抗菌作用和促进伤口愈合的能力。更重要的是，其可以敏感的对细菌感染部位进行选择性荧光成像以及靶向治疗，从而达到高特异性的区分细菌、炎症及癌症引发的组织感染的功效。一系列主要安全性评价实验表明，Se@PEP-Ru NPs显示出优异的生物相容性，没有明显的细胞毒性和可忽略的溶血效应。本文中实验结果均表明Se@PEP-Ru2NPs作为一种多功能有效的治疗诊断抗菌剂，可以用于早期体内细菌感染诊断以及靶向治疗，在生物医学应用上显示了巨大的潜力。 第三章：利用透明质酸（HA）包封的光热型介孔钌纳米粒子作为纳米载体，二硫化钼（MoS2）作为酶催化剂，构建了负载前药抗坏血酸（AA）的靶向递送抗菌系统AA@Ru@HA-MoS2。该系统可以通过细菌微环境进行响应性释放，HA被目标细菌分泌的透明质酸酶（Hyal）特异性的降解，释放出无毒前药AA，随后被粘附于感染部位细菌细胞膜表面的MoS2催化原位产生羟基自由基（?OH）。此外，由于介孔纳米钌优异的光热性能，可以达到化学光热协同治疗耐药性细菌感染的作用。该递送抗菌系统不仅对耐药性革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均表现出显著高效的杀菌性能，而且还能有效地分散现有的生物膜，灭活其中嵌入的细菌，并防止形成新的生物膜。一系列安全性评价实验结果显示，递药系统对正常细胞无明显的细胞毒性，而且在生物体内也没有长期的毒性，表明它是一个生物相容性良好的纳米复合材料。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 细菌与人类健康

1.2.1 细菌简介

1.2.2 细菌对生物体的影响

1.2.3 致病菌的治疗及挑战

1.3 纳米抗菌材料的分类

1.3.1 具有内在抗菌活性的纳米材料

1.3.2 作为纳米载体的纳米材料

1.4 纳米抗菌材料的抗菌机制

1.4.1 氧化应激

1.4.2 金属离子释放

1.4.3非氧化机制

1.5纳米抗菌材料研究的现状、前景及选题意义

参考文献

第二章 钌配合物/多肽 自组装硒纳米颗粒用于识别细菌感染和靶向抗菌研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器和试剂

2.2.2 Se NPs的合成和表征

2.2.3 细菌的摄取

2.2.4 抗菌活性测试

2.2.5 荧光显微镜观察（活/死实验和ROS测定）

2.2.6 抗菌机理的研究

2.2.7 小鼠细菌感染体内成像

2.2.8 小鼠体内抗菌研究

2.2.9 小鼠体内和体外安全性评价

2.3 结果与讨论

2.3.1 Se NPs 的制备和表征

2.3.2 细菌对Se@PEP-Ru2 NPs的特异性摄取

2.3.3 Se NPs的高抗菌性能

2.3.4 抗菌机制的初步研究

2.3.5 细菌细胞膜的破坏

2.3.6 细菌感染的高效诊断

2.3.7 体内伤口愈合能力

2.3.8 Se NPs的生物相容性

2.4 本章小结

参考文献

第三章 酶响应的介孔钌负载抗坏血酸靶向递送抗菌药物协同光热治疗耐药细菌的研究

3.1引言

3.2 材料与方法

3.2.1实验仪器和试剂

3.2.2 纳米材料的合成与表征

3.2.3 Ru@HA-MoS2的催化和光热效应

3.2.4 细菌对纳米的摄取

3.2.5抗菌活性测试实验

3.2.6 细菌的活/死实验以及细胞膜完整性研究

3.2.7体外和体内生物膜的分散和抑制

3.2.8 小鼠活体抗菌实验

3.2.9 生物相容性实验

3.3 结果与讨论

3.3.1 纳米材料的形貌与表征

3.3.2纳米载体优异的催化以及光热效果

3.3.3 细菌摄取的特异性

3.3.4 AA@Ru@HA-MoS2的高光热协同抗菌活性

3.3.5 细菌细胞膜完整性的探究

3.3.6 载药纳米体系对生物膜高分散作用和抑制效果

3.3.7 纳米体系在小鼠体内抑制生物膜的作用模型

3.3.8 纳米体系促进小鼠体内伤口感染的愈合作用模型

3.3.9 生物相容性测定

3.4 本章小结

参考文献

硕士期间论文发表情况

致谢