近年來，抗生素的濫用導(dǎo)致耐藥菌株的出現(xiàn)和發(fā)展一直是人類健康面臨的最嚴重威脅之一。目前，每年有700,000例死亡與抗菌素耐藥性有關(guān)，因此早期檢測出細菌感染和耐藥菌對治療方案的選擇非常重要。然而，檢測感染的常用方法受到對專業(yè)人員的需求以及昂貴儀器的限制。
世界衛(wèi)生組織（WHO）受便攜式和低成本設(shè)備的啟發(fā)，認為紙質(zhì)設(shè)備（PBD）的可持續(xù)性、生物安全性、低成本和易于制作的特性有望成為有前途的抗菌治療平臺。近年來，PBD已被廣泛用于便攜式生物傳感器和滅菌紙。但是，尚未出現(xiàn)通過PBD來實現(xiàn)細菌的感測與治療功能的報道。
亮點
近期，中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所的曲曉剛研究員開發(fā)了一種用于感測和治療耐藥菌的便攜式紙基創(chuàng)可貼（PBA）。該創(chuàng)可貼就像細菌耐藥性比色卡一樣通過顏色變化來判斷是否存在抗藥性細菌，并實施選擇性抗菌策略。研究人員通過PBA成功地檢測并有效地治療了大腸桿菌（E. coli）的藥物敏感（DS）和耐藥（DR）菌株。該設(shè)計可以最大化治療效果并用肉眼實時跟蹤檢測耐藥菌，同時制作成本低且易于操作，為細菌感染的檢測和治療開辟了一條新的途徑。
PBA的設(shè)計與制備
研究人員首先在90°C下合成了基于卟啉的MOF納米顆粒PCN-224；然后將殼聚糖（CS）附著在PCN-224表面上得到PCN-224@CS（CP）以實現(xiàn)酸響應(yīng)特性。圖1的SEM和TEM顯示CS的修飾不會影響MOF結(jié)構(gòu)的完整性。
隨后，如圖1C所示，將CP固定在無菌纖維素紙上得到便于攜帶的Paper@CP，纖維素紙的羥基被高碘酸鹽氧化成醛基；然后通過形成的仲胺將CP均勻分布在紙上，從而成功得到了CP改性的纖維素紙PBA。
PBA感測細菌感染
研究人員將大腸桿菌與CP和BTB的混合物共同孵育，結(jié)果如圖2B所示，隨著細菌濃度的增加，添加DS或DR的E. coli，PBA均會變成黃色，表明其具有酸響應(yīng)性的能力。
隨后將E. coli溶液滴到PBA試紙上，如圖2C所示，在DR E. coli存在下，PBA從綠色變?yōu)榧t色，并且細菌濃度越高，PBA的紅色越深，這符合臨床診斷的需要。這表明了可通過PBA的顏色變化感測細菌感染并提示細菌的耐藥性。
PBA在選擇性治療中的應(yīng)用
隨后，研究人員進行了圖3所示的選擇性抗菌實驗。制備了四個CP量的PBA，對于DS E. coli，其存活率隨CP量的增加而明顯降低；而CP濃度變化對DR E. coli的存活率沒有顯著影響，但在光照射后其生存能力變得極低。這表明，單獨的化學(xué)療法可以治療DS E. coli感染，而DR E. coli則需要化學(xué)療法和光動力療法相結(jié)合。這也表明了PBA是選擇性抗菌的有前途的方法。
有效期檢測
有效期是設(shè)備在實際應(yīng)用中的重要指標，研究人員將PBA置于4°C下密封保存，然后取出進行感測和抗菌實驗，結(jié)果如圖4所示，一個月后PBA仍然對DS和DR E. coli顯示出相應(yīng)的顏色變化，并保持了對E. coli有效的滅菌能力。因此，PBA的有效期至少為一個月。
PBA消毒小鼠傷口
研究人員將PBA用于感測和治療受傷的小鼠。如圖5A所示，將傷口分別用DS和DR E. coli感染，并將PBA附著在傷口上。
對于DS E. coli感染，所有試紙均呈黃色，傷口在第三天幾乎完全愈合；對于DR E. coli感染，PBA均顯示紅色，并且當采用光動力療法和PBA組合治療時，傷口愈合得更好。這表明了PBA可有效地對E. coli的感染進行感測，從而有助于治療方案的選擇。
PBA的應(yīng)用潛力
最后，研究人員構(gòu)建了圖6所示的受感染番茄模型，并將PBA附著在感染部位，以進一步證明PBA的感測和治療潛力。
在混合菌株組中，PBA在第二天出現(xiàn)紅色，如果不加任何光處理，3天后西紅柿的感染部位就會變軟且凹陷，并且表面出現(xiàn)了數(shù)千種細菌。進一步證實了PBA具有感知細菌感染并實時監(jiān)測耐藥菌的能力。
在本篇文章中，研究人員構(gòu)建了一種可視化的便攜式PBA，可感測耐藥菌并實施選擇性抗菌策略，與傳統(tǒng)的抗菌策略相比，該PBA可以通過肉眼實時跟蹤耐藥菌，減輕了脫靶效應(yīng)的副作用，符合臨床診斷的需要。我們相信這項技術(shù)有望為細菌感染的檢測和治療提供新的方法，將極大地推動新一代醫(yī)療應(yīng)用的開發(fā)！
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