上海交大刘尽尧团队 Sci. Adv.：表面修饰赋能光活性基因工程菌

2024-03-10 来源：高分子科技

近日，中科院一区J Nanobiotechnology (IF=10.2, Springer Nature)执行主编、上海交通大学分子医学研究院刘尽尧等以“Upconversion dual-photosensitizer-expressing bacteria for near-infrared monochromatically-excitable synergistic phototherapy”为题在Science Advances发表细菌表面上转换纳米颗粒修饰赋能光活性基因工程菌及其介导的光热（PTT）和光动力（PDT）协同治疗相关研究工作进展。

光热和光动力协同治疗比单一光疗策略展现出更好的治疗前景。开发先进光敏剂，能提高光能转化效率或促进活性氧(ROS)产生，对有效光疗至关重要。协同光疗的主要策略是将两种不同的光敏剂集成到单一系统中。然而，联合光敏剂由于激发方式不兼容、照射穿透深度有限、缺乏特异性等原因，往往存在操作复杂、体内疗效不佳的问题。细菌具有独特的自然特征如固有的运动能力、菌群抑制能力、乏氧肿瘤靶向定植等，在生物医用领域吸引了广泛的兴趣。由于细菌表面具有丰富的反应基团和基因工程工具的发展，可以对细菌进行结构和功能修饰，使其成为疾病治疗新兴的候选者。近年来，细菌经常被用作携带PTT或PDT光敏剂的载体，以增加在目标位点的积累。然而，很少有研究报道将细菌改造为携带两种不同光敏剂以实现协同光疗的载体。之前的方法，尤其是化学修饰，很难将足够多的光敏剂引入细菌中，而且得到的细菌常受到不兼容的激发模式的困扰。此外，紫外线和可见光的有限穿透深度给基于细菌的协同光疗带来了挑战。因此，迫切需要探索如何将细菌的生物特征与协同光疗的优势相结合，以实现更优异的治疗效果。基于此，该团队报道了一种上转换双光敏剂表达细菌（UDPB），用于近红外（NIR）单色可激发的协同PTT和PDT。

通过整合基因工程技术和表面修饰策略，细菌可遗传编码同时表达生物源光热黑色素和光敏KillerRed荧光蛋白；借助简单的一步亚胺硫醇烷解环反应将细菌表面的伯氨残基转换为活性巯基，通过巯基介导的点击反应偶联上转化纳米颗粒（UCNPs）。

UDPB表现出独特的单色辐射双激活特性，黑色素的光热转换可以直接启动，而KillerRed的光动力效应可以通过上转换的可见光发射间接激发。UDPB还显示出在缺氧肿瘤组织中选择性定植和通过细菌群落抑制病原体的活体特性，在协同光疗中显示出天然的独特优势。

在乳腺肿瘤和皮肤伤口金黄色葡萄球菌（S. aureus）感染的小鼠模型中，UDPB通过产生足够的局部热量和ROS水平，在病变部位展现出令人满意的治疗潜力。具体来说，UDPB能引发全身免疫反应和诱导肿瘤细胞凋亡，进而触发有效的抗肿瘤反应。此外，UDPB破坏S. aureus细菌外膜，抑制过度激活的炎症反应，促进慢性感染伤口愈合。UDPB期望能推动先进光敏剂的研发，并为光疗协同治疗疾病提供独特策略。

刘尽尧研究员为该论文通讯作者，上海交通大学分子医学研究院曹浈萍副研究员和上海交通大学化学与化工学院李茜研究员为共同通讯作者。该工作得到樊春海院士的大力指导以及科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金项目、上海市探索者计划等经费支持。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk9485

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（责任编辑：xu）

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