細菌生物膜具有感染能力，幾乎可以侵襲人體任何器官，對人類健康造成嚴重威脅。尤其是對于免疫功能低下的人群，細菌生物膜引發(fā)的嚴重慢性和持續(xù)性感染可能導致致命后果。當前，治療生物膜感染常依賴于強化抗生素，但長期用藥易導致耐藥性，不僅削弱治療效果，還可能誘發(fā)二重感染。準確診斷生物膜感染對于有效治療至關重要，而傳統(tǒng)的診斷方法如組織活檢具有侵入性，耗時且可能延誤治療。因此，研發(fā)非侵入性診療手段，以實現(xiàn)對細菌生物膜感染的精準診斷和治療，成為醫(yī)學領域的迫切需求。

近日，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員盧珊、陳學元等研發(fā)出新型向日葵結(jié)構(gòu)的藻酸鹽裂解酶（Aly）-NaNdF4納米雜化診療材料。這種納米雜化材料在小鼠模型中實現(xiàn)了對銅綠假單胞菌生物膜誘導肺部感染的非侵入性光學診療。研究人員采用獨特的富集-包覆策略，將數(shù)百個超小NaNdF4納米顆粒封裝在介孔二氧化硅內(nèi)核中，形成尺寸均勻、單分散性好、介孔負載量大的納米雜化材料（NaNdF4@DMS-Aly）。該納米材料具備優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率和近紅外二區(qū)發(fā)射性能，在體內(nèi)治療和成像方面展示出良好潛力。此外，尺寸約為220 nm的NaNdF4@DMS-Aly更易遞送到肺部，提高了其生物利用度。

研究發(fā)現(xiàn)，在感染肺部，Aly酶因低pH環(huán)境而響應釋放，降解生物膜中的藻酸鹽；材料表面轉(zhuǎn)變?yōu)閺娬�電性，增強與銅綠假單胞菌的相互作用，延長在肺部的停留時間。研究通過監(jiān)測肺部納米雜化材料的發(fā)光強度，可以實時評估生物膜感染程度。此外，Aly酶解與光熱殺菌的協(xié)同作用可實現(xiàn)對生物膜的強力清除，體外殺菌率為5.3 log10，達到消毒級別；對小鼠肺部細菌清除率達到了94%。該納米雜化材料主要經(jīng)肝和脾代謝，并且在靜脈注射8天后從體內(nèi)基本清除，有效避免了納米材料潛在的長期毒性問題。

該工作基于稀土納米光學診療材料在生物膜誘導的肺部感染小鼠模型中實現(xiàn)了原位診斷、精準治療和實時療效評估，對推動精準醫(yī)學研究和治療生物膜相關感染的臨床實踐具有重要意義。

相關研究成果以Customized Lanthanide Nanobiohybrids for Noninvasive Precise Phototheranostics of Pulmonary Biofilm Infection為題，發(fā)表在ACS Nano上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c00777