《Chemical Engineering Journal》：Protonated porphyrin-based J-aggregates for photothermal/NO combination therapy against bacterial infections
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本研究构建了含质子化卟啉（TAPP）和NO供体（BNN6）的协同治疗纳米平台TABNNs，通过808 nm激光实现光热疗法与NO释放的协同作用，有效抑制伤口感染细菌并促进愈合。
吴启航|张欣|王宏宇|文慧|孙婷婷|谢志刚|王玉林
中国科学院长春应用化学研究所聚合物科学与技术国家重点实验室，中国吉林省长春市，130022
摘要
皮肤感染会延缓伤口愈合并导致严重并发症，但由于多重耐药细菌的出现，传统抗生素疗法面临诸多挑战。本文构建了一种结合了质子化卟啉（TAPP）和一氧化氮（NO）供体（BNN6）的纳米治疗平台（TABNNs）。与TAPP相比，TABNNs的吸收波长显著红移，并具有较高的光热转换能力；在808纳米激光照射下，BNN6的分解可触发NO的释放。在伤口感染的治疗中，TABNNs通过光热疗法和NO气体疗法的协同作用有效抑制细菌生长并促进伤口愈合。这项工作展示了超分子J-聚集体在先进抗菌疗法和伤口愈合应用中的潜力。
引言
由手术、疾病（如糖尿病和血管疾病）或其他外部因素引起的急性或慢性伤口常常会损伤皮肤[1]。大多数皮肤伤口在1-2周内会愈合，但伤口感染可能导致严重的组织损伤，从而延缓愈合过程。在临床实践中，不恰当或过度使用抗生素会导致多重耐药菌株的出现，削弱其治疗效果[2]、[3]、[4]。因此，研究人员开始探索新的抗菌策略来对抗细菌感染[5]、[6]、[7]、[8]。
光热疗法（PTT）因其非侵入性、无抗药性和轻微副作用而被广泛应用于广谱抗菌治疗[9]、[10]、[11]、[12]、[13]。然而，单独使用PTT治疗细菌感染通常需要过高的温度和长时间的光照，这可能会损伤感染部位及周围正常组织[14]、[15]。为了进一步提高抗菌效果并减少副作用，人们开发了结合PTT与其他疗法（如光动力疗法、化学动力疗法和气体疗法）的联合疗法[16]、[17]、[18]。
气体疗法利用NO、H2和CO等气体分子来杀死细菌[19]、[20]。其中，NO作为研究最广泛的内源性气体分子，在许多生理和病理过程中起着重要作用[21]。研究表明，NO通过脂质过氧化、DNA切割和蛋白质功能障碍破坏细菌[22]、[23]。此外，NO还能促进内皮细胞增殖和血管生成，从而促进伤口愈合[24]、[25]、[26]。然而，直接将NO输送到感染部位具有挑战性，且其高扩散性限制了其在抗菌疗法中的应用[27]、[28]。将PTT与NO结合，利用激光照射控制NO的释放，可以克服气体疗法的局限性，降低光热抗菌治疗所需的温度，从而减少副作用并促进伤口愈合[29]、[30]、[31]。
卟啉是最常见的光治疗试剂，在抗菌领域得到了广泛研究[32]、[33]、[34]、[35]。然而，其较短的吸收波长限制了其进一步发展。在酸性环境中，卟啉核心中的吡咯氮原子通常会被质子化，这会改变卟啉衍生物的性质和功能[36]。例如，质子化会改变卟啉的共轭结构和电荷分布，进而影响其吸收和发射光谱[37]、[38]、[39]。受此启发，使用六氟异丙醇（HFIP）将5,10,15,20-四(4-氨基苯基)卟啉（TAPP）质子化[40]、[41]，并通过纳米沉淀法制备出具有近红外（NIR）红移吸收的J-聚集体，该聚集体具有优异的光热转换效率（PCE = 42.4%）和光稳定性。为了实现PTT和气体疗法的联合抗菌效果，进一步引入了一氧化氮供体分子N,N-二-仲丁基-N,N′-二硝基-1,4-苯二胺（BNN6）[43]、[44]，制备出TABNNs（图1a）。在激光照射下，TABNNs产生光热效应并触发NO的释放，从而促进伤口愈合（图1b）。
部分内容摘录
卟啉聚集体的表征
首先合成了四苯基卟啉（TPP）、5,10,15,20-四(4-羟基苯基)卟啉（THPP）、5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉（TCPP）、5,10,15,20-四(4-硝基苯基)卟啉（TNPP）、5-(4-氨基苯基)-10,15,20-三(苯基)卟啉（ATPP）和TAPP[45]、[46]、[47]、[48]、[49]。卟啉在HFIP和四氢呋喃（THF）中的吸收光谱见图S1。根据先前的研究，卟啉的内核部分可以被质子化
结论
总之，通过纳米沉淀法获得了吸收波长显著红移的质子化TAPP的J-聚集体，其在808纳米激光照射下表现出良好的光热性能。此外，通过将BNN6（NO供体）和质子化TAPP共组装，构建了一种用于PTT和气体疗法的集成纳米平台（TABNNs）。在激光照射下，TABNNs表现出满意的光热特性，并能同时触发NO的释放。
CRediT作者贡献声明
吴启航：撰写——原始草稿、方法学、实验研究。张欣：撰写——原始草稿、方法学、实验研究。王宏宇：方法学、实验研究。文慧：方法学、概念构思。孙婷婷：撰写——审稿与编辑、监督。谢志刚：撰写——审稿与编辑、资金获取。王玉林：资源准备、资金获取。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了中国人民解放军联合后勤保障部队装备综合项目（项目编号：LB2025B010100）和国家自然科学基金（项目编号：52573353）的支持。
