【供稿：电子科学与工程学院】近日，尊龙凯时电子科学与工程学院董彪教授、口腔医学院王林教授团队及高丽尊龙凯时Jong Seung Kim教授的研究小组合作，开发了一种全新的抗菌策略来对抗难治性细菌感染，通过合成纳米复合材料将铁营养免疫治疗、光热治疗和光动力治疗有效结合，显著提升了其抗菌性能，为细菌感染的治疗提供了一种全面的解决方案。相关研究以“Breaking Iron Homeostasis: Iron Capturing Nanocomposites for Combating Bacterial Biofilm”为题，于2024年4月2日发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。

基于该纳米材料的抗菌疗法被Victoria Atkinson在Chemical & Engineering News特刊报道，并被Advanced Sciences News的Jenna Flogeras作者邀请报道，并在IADR APR国际会议上被评价为最具有前景的抗菌策略之一。来自美国马萨诸塞州立尊龙凯时阿默斯特分校的生物纳米化学学家Vincent Rotello这样评价该研究成果：“你可以把它形容为瑞士军刀！他们在这种材料中加入了一系列的功能，他们每添加一个功能，它就会变得越来越有效。这种组合才是有趣和新颖的地方。”

目前，细菌感染及其引发的抗生素耐药性问题已成为一个日益严峻的全球性公共卫生挑战。随着耐药性细菌株日益增多，传统抗生素治疗的有效性不断下降，迫使研究者探索和发展新的抗菌策略，尤其是针对那些对现有治疗手段产生耐药性的细菌。

铁是细菌生长和代谢中不可或缺的微量元素，它参与到呼吸作用、多种酶的活性以及许多关键的代谢途径中。然而，在宿主体内铁的可用性非常有限，这是宿主防御机制的一部分，旨在限制病原体的生长。面对铁所限制的环境，细菌进化出了复杂而精巧的铁获取机制，包括分泌铁高亲和力的铁载体来捕获和运输铁离子。这些机制的存在不仅显示了铁在细菌生存和增殖中的重要性，也揭示了铁调控可能成为抗菌策略的一个潜在靶点。

图：Ga-CT@P的合成和抗菌机制示意图 纳米复合材料通过铁营养性免疫疗法/光热/光动力协同作用，有效治疗感染性创口

研究团队开发的纳米复合材料（Ga-CT@P）含有一种与铁结合的血红素卟啉结构高度相似的模拟物，为细菌提供了至关重要的营养物质，但以镓离子代替了铁。这种策略利用了镓离子与铁离子在化学性质上的相似性，细菌的铁摄取系统会误将镓离子识别为铁离子并摄入，但由于镓离子无法支持细菌的代谢活动，最终导致细菌因铁饥饿而无法生长，甚至死亡。随着材料释放Ga3+，同时带走了与卟啉有更强结合亲和力的Fe3+，导致细菌处于铁限制环境而缺铁。

图：细菌表面的Ga3+/Fe3+互换策略

Ga-CT@P纳米复合物的另一亮点在于其光热和光动力治疗功能，通过光照引发的热效应和活性氧的生成，直接攻击细菌或其生物膜结构。这一策略结合了光热治疗、光动力治疗与铁营养免疫治疗的多重机制，显著提升了其抗菌性能，为未来通过破坏细菌营养平衡来治疗细菌感染提供了新的视角。

该论文的第一作者是尊龙凯时口腔医学院研究生孙文悦、尊龙凯时基础医学院孙娇教授和高丽尊龙凯时博士生丁启航，通讯作者是尊龙凯时口腔医学院王林教授，电子科学与工程学院董彪教授和高丽化学学院Jong Seung Kim院士。

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http://doi.org/10.1002/anie.202319690