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上海交大劉盡堯團隊 Sci. Adv.：表面修飾賦能光活性基因工程菌

2024-03-10 來源：高分子科技

近日，中科院一區J Nanobiotechnology (IF=10.2, Springer Nature)執行主編、上海交通大學分子醫學研究院劉盡堯等以“Upconversion dual-photosensitizer-expressing bacteria for near-infrared monochromatically-excitable synergistic phototherapy”為題在Science Advances發表細菌表面上轉換納米顆粒修飾賦能光活性基因工程菌及其介導的光熱（PTT）和光動力（PDT）協同治療相關研究工作進展。

光熱和光動力協同治療比單一光療策略展現出更好的治療前景。開發先進光敏劑，能提高光能轉化效率或促進活性氧(ROS)產生，對有效光療至關重要。協同光療的主要策略是將兩種不同的光敏劑集成到單一系統中。然而，聯合光敏劑由于激發方式不兼容、照射穿透深度有限、缺乏特異性等原因，往往存在操作復雜、體內療效不佳的問題。細菌具有獨特的自然特征如固有的運動能力、菌群抑制能力、乏氧腫瘤靶向定植等，在生物醫用領域吸引了廣泛的興趣。由于細菌表面具有豐富的反應基團和基因工程工具的發展，可以對細菌進行結構和功能修飾，使其成為疾病治療新興的候選者。近年來，細菌經常被用作攜帶PTT或PDT光敏劑的載體，以增加在目標位點的積累。然而，很少有研究報道將細菌改造為攜帶兩種不同光敏劑以實現協同光療的載體。之前的方法，尤其是化學修飾，很難將足夠多的光敏劑引入細菌中，而且得到的細菌常受到不兼容的激發模式的困擾。此外，紫外線和可見光的有限穿透深度給基于細菌的協同光療帶來了挑戰。因此，迫切需要探索如何將細菌的生物特征與協同光療的優勢相結合，以實現更優異的治療效果。基于此，該團隊報道了一種上轉換雙光敏劑表達細菌（UDPB），用于近紅外（NIR）單色可激發的協同PTT和PDT。

通過整合基因工程技術和表面修飾策略，細菌可遺傳編碼同時表達生物源光熱黑色素和光敏KillerRed熒光蛋白；借助簡單的一步亞胺硫醇烷解環反應將細菌表面的伯氨殘基轉換為活性巰基，通過巰基介導的點擊反應偶聯上轉化納米顆粒（UCNPs）。

UDPB表現出獨特的單色輻射雙激活特性，黑色素的光熱轉換可以直接啟動，而KillerRed的光動力效應可以通過上轉換的可見光發射間接激發。UDPB還顯示出在缺氧腫瘤組織中選擇性定植和通過細菌群落抑制病原體的活體特性，在協同光療中顯示出天然的獨特優勢。

在乳腺腫瘤和皮膚傷口金黃色葡萄球菌（S. aureus）感染的小鼠模型中，UDPB通過產生足夠的局部熱量和ROS水平，在病變部位展現出令人滿意的治療潛力。具體來說，UDPB能引發全身免疫反應和誘導腫瘤細胞凋亡，進而觸發有效的抗腫瘤反應。此外，UDPB破壞S. aureus細菌外膜，抑制過度激活的炎癥反應，促進慢性感染傷口愈合。UDPB期望能推動先進光敏劑的研發，并為光療協同治療疾病提供獨特策略。

劉盡堯研究員為該論文通訊作者，上海交通大學分子醫學研究院曹湞萍副研究員和上海交通大學化學與化工學院李茜研究員為共同通訊作者。該工作得到樊春海院士的大力指導以及科技部重點研發計劃課題、國家自然科學基金項目、上海市探索者計劃等經費支持。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk9485

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（責任編輯：xu）

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