bbr加速原理(bbr加速原理要开启么)

原创He QX 抗菌科技圈

第一作者：Huiqun Hua, Danni Zhong

通讯作者：Xiaoyuan Chen, Feng Xu, Min Zhou

通讯单位：浙江大学，新加坡国立大学

研究速览：

近期，Huiqun Hua和Danni Zhong在Nano Today上发表了有关负载群体感应抑制剂的基于微藻的生物活性水凝胶促进感染伤口愈合的研究工作。细菌物种之间的相互作用是通过群体感应 (QS) 进行的，这是一个在毒力活动和生物膜形成中调节和协调基因的过程。QS 通过诱导伤口的慢性炎症，在伤口愈合过程中减缓组织修复。作者开发了一种基于生物活性水凝胶系统的多功能 QS 抑制剂，可中断细菌的 QS，缓解缺氧并破坏生物膜，从而加速糖尿病小鼠感染伤口的愈合。将小檗碱（BBR，一种 QS 抑制剂和抗菌剂）加载到天然微藻螺旋藻(SP) 中与羧甲基壳聚糖/海藻酸钠结合形成生物活性水凝胶 (BBR@SP 凝胶)。在激光照射下，BBR@SP凝胶可以不断释放BBR并产生活性氧，从而对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌产生协同QS抑制作用 (MRSA) 联合化学光动力疗法。BBR@SP 凝胶还抑制和破坏生物膜形成并下调毒力因子的表达。BBR@SP 凝胶可以通过促进血管生成、皮肤再生和抑制炎症反应来加速 MRSA 感染的糖尿病伤口愈合。

要点分析：

要点一：

小檗碱(BBR)是一种存在于多种天然植物中的亮黄色异喹啉生物碱，已被用于对抗金黄色葡萄球菌(S. aureus)，甚至MRSA。BBR还可以通过抑制QS系统抑制生物膜的形成，降低毒力因子的表达。

螺旋藻(SP)是一种典型的微藻，SP具有光合作用能力，能够产生大量的氧气，对细胞的增殖、迁移、粘附、血管生成和组织更新过程中的重塑都至关重要。而且SP中丰富的叶绿素作为一种天然光敏剂，在650 nm激光照射下可产生活性氧(ROS)。

要点二：

BBR@SP凝胶在650 nm激光照射下可释放BBR和ROS。BBR可以破坏细菌的细胞膜和细胞壁，使ROS更容易渗透，通过破坏脂质和DNA进一步杀死细菌。BBR@SP凝胶对QS具有抑制作用，从而破坏生物膜，降低毒力因子的表达。此外，ROS可缓解缺氧创面环境，促进血管生成、细胞再生和迁移，BBR可下调炎症因子。

BBR@SP凝胶介导的抗菌和创面愈合活性示意图。

图文导读

图1：BBR@SP凝胶的表征。(A) BBR的荧光图像。(B-D) SP的亮场、荧光和SEM图像。(E) BBR@SP凝胶的合成过程示意图。(F) 分别含有0%、0.01%、0.02%和0.04% genipin的BBR@SP凝胶的粘附。(G) 凝胶前、凝胶后、冻干后Blank凝胶、BBR凝胶、SP凝胶、BBR@SP凝胶的照片。(H) 不同水凝胶的SEM图像(上)和相应的高倍SEM图像(下)。(I) BBR、SP、BBR@SP凝胶的紫外可见光谱。(J) SP和BBR@SP凝胶在552 nm激发波长下的荧光光谱。(K) BBR和BBR@SP凝胶在350 nm激发波长下的荧光光谱。

图2：产氧能力及ROS诱导的杀菌效果。(A) 氧气传感器装置在白光照射下测试BBR@SP凝胶中的氧气产量的照片。(B) BBR@SP凝胶白光照射下的溶解氧曲线。(C) BBR@SP凝胶在650 nm激光和白光照射下的产氧能力比较。(D) 对照组、BBR组、Laser组、SP组、SP + Laser组、BBR + SP + Laser组MRSA生物膜DAPI染色(细胞核，蓝色)和Image-iT Green hypoxia Regent(缺氧，绿色)荧光图像。(E) MRSA不同组ROS(绿色)DCFH-DA染色荧光图像。(F) 定量分析不同组生物膜的荧光(绿色)强度。(G) 各组产生ROS的定量分析。(H) 流式细胞术检测各组MRSA的ROS阳性率。

图3：体外对耐药菌的抗菌活性。(A) 不同处理(稀释105倍)后在LB琼脂平板上形成的MRSA菌落照片。(B) 不同处理后MRSA对应的CFU计数。(C) 不同处理后，用SYTO 9(绿色，活菌)和PI(红色，死菌)染色MRSA的荧光图像。(D) 不同处理后的MRSA的TEM图(上)和相应的高倍TEM图(下)(红色箭头表示受损细菌)。(E) BBR@SP凝胶生理环境下药物释放曲线。(F) 分别用PBS、Blank gel、BBR凝胶、SP凝胶、BBR@SP凝胶处理后的抑菌带照片(红色圆圈)。(G) 定量分析不同处理后的抑菌圈直径。

图4：BBR + SP +激光的抗生物膜活性。(A) 结晶紫染色未成熟生物膜照片，显示BBR + SP +激光处理对生物膜的抑制作用。(B-C) 各组OD 570值及抑制率。(D) 成熟生物膜结晶紫染色照片，显示BBR + SP +激光处理对生物膜的破坏作用。(E-F) 各组的OD 570值及破坏率。不同处理后，SYTO 9染色的未成熟(G) 和成熟(H) MRSA生物膜3D图像。不同处理后成熟(I) 和未成熟(J) 生物膜的荧光强度定量分析。LB琼脂平板上未形成生物膜的活菌定量分析(K) 和照片(L) ，显示BBR + SP +激光处理对未成熟生物膜的抑制作用。对LB琼脂平板上形成的生物膜中的活菌进行定量分析(M) 和照片(N) ，显示BBR + SP +激光处理对成熟生物膜的破坏作用(N = 5/组)。

图5：．群体感应抑制。(A) MRSA的agr系统示意图。采用qRT-PCR检测MRSA的QS (B) 和毒力基因(C) 的表达水平。(D-E) 不同处理后的溶血率和蛋白水解率。(F) 不同处理后MRSA的血板上形成溶血区。(G) 定量分析各组溶血带直径。

图6：．体内创面愈合效果。(A) BBR@SP凝胶介导的糖尿病感染模型创面愈合增强的实验示意图。(B) BALB/c小鼠经PBS、Blank凝胶、BBR凝胶、SP凝胶、BBR@SP凝胶处理后不同时间MRSA-感染创面照片。(C) 不同组创面面积定量分析。(D) BALB/c小鼠不同处理后体重变化。(E) BALB/c各组小鼠第13天皮肤组织的Masson’s三色染色。(F-G) 各组胶原蛋白间隙、胶原蛋白厚度定量分析。(H) BALB/c小鼠第13天皮肤组织免疫组化染色(VEGF、CD31、FGF)。

图7：体内有抗炎、抗菌作用。(A) BBR@SP凝胶介导的糖尿病感染模型抗炎、抗菌作用的实验示意图。(B) 不同处理后第2天和第4天在LB琼脂平板上形成的MRSA菌落照片。(C) 第2天和第4天对应的MRSA CFU计数。(D-F) 定量分析不同处理后第2天创面组织中IL-1β、IL-6、TNF-α的水平。(G) 不同处理后第13天创面组织H和E染色。(H) 定量分析各组炎症水平。

图8：初步毒性研究。不同浓度下BBR (A)和SP (B)的溶血率。第13天各组BALB/c小鼠血常规(C-J)和血生化分析(K-N)。(O) 各组BALB/c小鼠第13天主要脏器(心、肝、脾、肺、肾) H、E染色。

结论

作者通过将活性成分BBR和SP加载到无毒的CMCS/SA底物中，并进一步与genipin交联，开发了一种具有高粘附能力和良好生物相容性的生物活性水凝胶。水凝胶能在650 nm激光照射下有效释放BBR，并产生大量ROS，实现协同杀菌和毒力活性。BBR@SP凝胶可以干扰MRSA的QS调控性状，阻止生物膜的形成，降低毒力因子的表达，避免对宿主细胞造成损伤。此外，该生物活性凝胶还能在激光照射下高效产氧，缓解生物膜缺氧，降低生物膜阻力，从而提高生物膜对抗菌试剂的敏感性。BBR@ SP凝胶介导的协同治疗也可以缓解组织缺氧，促进血管生成和细胞再生，从而加速伤口愈合和减少炎症的MRSA感染的糖尿病小鼠。而且，该生物活性水凝胶具有良好的生物安全性。这个工作提出了一种有效的组合策略，具有多种作用，包括抗菌、抗炎和调节细菌信号的QS治疗非愈合伤口。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2021.101368

参考文献：Huiqun Hua, Danni Zhong, Wanlin Li, Xiuhui Lin, Jian He, Yuchao Sun, Yuan Wu, Minqi Shi, Xiaoyuan Chen, Feng Xu, Min Zhou. Microalgae-based bioactive hydrogel loaded with quorum sensing inhibitor promotes infected wound healing. Nano Today. 2022.

    

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