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  在細(xì)胞水平上，生物系統(tǒng)中的特異性識(shí)別和強(qiáng)親和力控制著許多過程，例如細(xì)胞間通訊、病原體的入侵。許多細(xì)菌已經(jīng)進(jìn)化出特定的識(shí)別結(jié)構(gòu)，例如與宿主細(xì)胞糖綴合物結(jié)合的菌毛，而大分子聚糖與細(xì)菌受體的這些強(qiáng)親和力主要是多價(jià)相互作用的結(jié)果�？刂萍�(xì)菌與基于糖聚合物的多價(jià)支架表面之間的識(shí)別對(duì)于進(jìn)一步了解這些過程和制定抗感染策略至關(guān)重要。此外，炎癥組織由于代謝率增加促使局部組織溫度升高，可為多價(jià)支架與細(xì)菌結(jié)合的控制提供刺激。因此，設(shè)計(jì)出能夠最佳模擬和適應(yīng)細(xì)菌膜上受體動(dòng)力學(xué)的熱響應(yīng)多價(jià)支架將能夠干預(yù)由細(xì)菌引起的感染。

  同時(shí)，可視化識(shí)別多價(jià)支架與細(xì)菌，包括由多價(jià)支架驅(qū)動(dòng)的細(xì)菌聚集行為仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的熒光基團(tuán)，具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光性質(zhì)的熒光分子（AIEgens）由于其在聚集狀態(tài)表現(xiàn)出較高的發(fā)射效率，因此更適合于直接可視化隨溫度變化的細(xì)菌聚集調(diào)控。

  近期，華南理工大學(xué)賈永光、王琳與南方醫(yī)科大學(xué)崔忠凱合作，在前期工作基礎(chǔ)上（Chem. Eng. J. 2022, 134354；Sci. China-Chem.2021, 403；Biomacromolecules2017, 2663），制備了一種AIE分子修飾的最高臨界溶液溫度（UCST）聚合物支架（PATC-GlcN），該聚合物支架可以作為一種人工細(xì)胞模擬物通過溫度調(diào)控細(xì)菌聚集/解離，同時(shí)可視化整個(gè)細(xì)菌聚集/解離過程。這種人工細(xì)胞模擬物可以被細(xì)菌識(shí)別，細(xì)菌通常會(huì)與聚合物支架上的糖基化殘基結(jié)合。該UCST聚合物支架PATC-GlcN是雙嵌段共聚物，聚丙烯酰胺的第一個(gè)嵌段為UCST嵌段顯示出典型的UCST轉(zhuǎn)變和AIE行為，親水性葡糖胺改性聚丙烯酰胺為第二個(gè)嵌段具有細(xì)菌靶向功能，該聚合物可通過使用可逆加成和斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合（圖1）。PATC-GlcN能夠組裝成膠束狀結(jié)構(gòu)，含糖嵌段分布在殼上，疏水核心由AIE-UCST嵌段形成。通過改變溫度，可以對(duì)特定細(xì)菌實(shí)現(xiàn)可視化下的聚集/解離過程的可逆調(diào)控。此外，該團(tuán)隊(duì)還研究了該多價(jià)支架負(fù)載光熱劑(IR780)后，在近紅外輻射下體外和體內(nèi)對(duì)大腸桿菌ATCC8739的定向清除，其殺菌效率可以從40%提高到99%以上。近日該工作作為Research Article 在線發(fā)布在Small 上（Upper Critical Solution Temperature Polyvalent Scaffolds Aggregate and Exterminate Bacteria, Small, 2022, doi/10.1002/smll.202107374）。華南理工大學(xué)賈永光副研究員、王琳研究員與南方醫(yī)科大學(xué)崔忠凱教授為文章通訊作者。

圖1：(A)PATC-GlcN的結(jié)構(gòu)。(B)在近紅外輻射下，改變溫度后細(xì)菌的可逆聚集-解離和靶向殺滅細(xì)菌的示意圖。

圖2：PATC-GlcN聚合物的UCST和熒光性質(zhì)。(A) PATC-GlcN懸浮液在400 nm處的透射率測(cè)量，濃度為2 mg mL^-1，加熱速率為0.5°C min-1，圖片為PATC-GlcN懸浮液（2.0 mg mL^-1）在37和55°C的狀態(tài)；(B) PATC-GlcN懸浮液(2.0 mg mL^?1)在37和55°C下的熒光強(qiáng)度和在紫外光(λ =365 nm)下拍攝的照片；(C) PATC-GlcN 懸浮液在37和55°C下的DLS尺寸分布和SEM圖像(比例尺 = 200 nm)。

圖3：(A) 利用CLSM研究在PATC-GlcN存在下，大腸桿菌 ATCC8739 和大腸桿菌 TOP10的細(xì)菌聚集研究；(B) 在PATC-GlcN存在下通過溫度振蕩對(duì)細(xì)菌聚集形成的可逆控制；(C) PATC-GlcN濃度對(duì)細(xì)菌聚集行為的影響；(D) 游離的氨基葡萄糖濃度對(duì)細(xì)菌聚集行為的影響(PATC-GlcN濃度為10 mg mL^-1)。

圖4： (A) 紅外熱圖像和 (B) 使用熱成像系統(tǒng)獲得的PBS、IR780、PATC/IR780、PATC-GlcN、PATC-GlcN/IR780懸浮液的相應(yīng)溫度變化曲線（聚合物和IR780濃度分別固定為100和10 μg mL^-1）；(C) 使用或不使用NIR輻射的IR780、PATC/IR780、PATC-GlcN、PATC-GlcN/IR780 處理的大腸桿菌ATCC8739的細(xì)菌活力(***p < 0.001)；(D) 用IR780、PATC/IR780、PATC-GlcN、PATC-GlcN/IR780處理在NIR輻射下大腸桿菌 ATCC8739的SEM圖像。

圖5：(A) NIH3T3細(xì)胞在不同濃度PATC-GlcN存在下的活/死染色，活細(xì)胞染成綠色，死細(xì)胞染成紅色；(B)` 用不同濃度的 PATC-GlcN處理24 h的NIH3T3細(xì)胞的細(xì)胞活力；(C) 各種濃度的PATC-GlcN與RBC細(xì)胞的溶血測(cè)定照片。PBS (+RBCs)和去離子水(+RBCs)分別用作陰性對(duì)照和陽(yáng)性對(duì)照。

圖6：PATC-GlcN/IR780的體內(nèi)抗菌研究。(A) 大腸桿菌ATCC8739皮膚感染小鼠模型的實(shí)驗(yàn)方案示意圖；(B) 從用PATC-GlcN、IR780、PATC-GlcN/IR780處理和未處理的對(duì)照組在NIR輻射下的感染皮膚稀釋后勻漿培養(yǎng)的大腸桿菌ATCC8739菌落的細(xì)菌活力(***p < 0.001)；(C) 在NIR 輻射下用PATC-GlcN、IR780、PATC-GlcN/IR780處理以及未經(jīng)處理的對(duì)照（PBS 組作為空白）的大腸桿菌 ATCC8739 感染皮膚的H&E染色切片。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202107374

  下載：Upper Critical Solution Temperature Polyvalent Scaffolds Aggregate and Exterminate Bacteria