多功能载药纳米复合物在细菌诊断与靶向治疗中的应用文献综述

（一）研究背景

众所周知，绝大多数的细菌是无害甚至有益的，然而相当数量的细菌却会导致高死亡率及发病率。例如，肺结核每年约造成200万人死亡；链球菌和假单胞菌等细菌可以引起肺炎，影响着全球约4.5亿人，每年造成约400万人死亡 [1]。病原菌还会引起感染性疾病，如破伤风、伤寒、白喉、梅毒和麻风病等。抗生素的发现并用于抗细菌感染被认为是医学史上最重要的一个突破，但抗生素过度使用会导致耐药微生物（如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）的出现，使当前的抗菌治疗变得更加复杂 [2, 3]。目前，对体内细菌进行灵敏准确性检测方法的缺失是细胞感染有效治疗的最大瓶颈。临床主要利用光学显微镜间接成像如尿检和血检检测观察细菌，然而这些方法缺乏早期性和准确性 [4, 5]。因此，开发一种对体内少量细菌进行准确成像及高效抗菌功效的技术手段成为迫切需要。

（二）文献综述

实现少量细菌的在位准确检测及特异性治疗，其关键点在于细菌高特异性分子的选择。目前，临床上绝大多数用于细菌感染诊断的影像探针并不能准确区分炎症病灶和细菌感染病灶。比如，18F-脱氧葡萄糖，111铟-喔星，67镓-柠檬酸等均因为对细菌、真菌及病毒缺少特异性而不能区分炎症与感染 [15-17]。乔治亚理工学院Murthy教授课题组选择麦芽糖糊精作为细菌特异性配体设计影像探针，其依赖于麦芽糖糊精转运蛋白可快速被细菌内吞，并能准确区分细菌与炎症型细胞 [18]。抗菌肽由六十个氨基酸残基组成，亲水性且带正电荷。抗菌肽依赖于自身正电荷区域与细菌负电荷表面而形成的静电作用而对细菌膜具有强亲和性 [19]。锝99标记的抗菌肽泛醌希酮(99mTc-UBI）由荷兰莱顿大学研究小组首次提出 [20]；其后相关研究证实锝99mTc-UBI片段（29-41）在体外及体内十分稳定，且在动物水平证实该多肽片段对细菌感染具有高灵敏性及特异性[21-23]。因此，99mTc-UBI（29-41）是一类优异的细菌靶向配体，适于细菌诊断、抗菌效能优化。

当前，低毒性荧光量子点研究仍处于起步阶段，将其与细菌靶向肽结合实现细菌诊断的工作报道还比较少；集靶向、在位示踪及治疗于一体的纳米复合物体内外研究在国内还是凤毛麟角。本研究将开发新型低毒性荧光探针，既可通过检测可见波段的荧光信号实现细菌水平评价，又可通过近红外波段信号的采集用于实时在位活体成像，避免了以往细菌水平与活体评价用荧光探针的不一致性。本课题致力于研究集具分子靶向、近红外荧光显像和药物作用机制等多功能为一体的纳米药物载体，将显像剂与抗菌药物一起靶向输送到细菌感染部位，以期实现细菌感染病灶的分子靶向、实时诊断和疗效评估。鉴于目前还较少有类似的研究在国际文献和专利中报道，本课题的实施和实现将有利于我们在这个领域抢占制高点。

（三）研究手段

随着纳米技术发展及其向医药学领域的渗透，纳米药物技术为细菌的诊断与治疗开辟了新途径。纳米技术、药学、分子影像学及分子生物学融合形成的多功能纳米药物，由于它们在疾病诊断、药物靶向传递、实时药物示踪以及阐释药物作用机制等方面具有其他生化药物无可比拟的优势，已成为现代药物发展重要趋势之一[6,7]。ZnO量子点是近年来无机荧光量子点中的研究亮点[8, 9]，它可作为一种多功能化新型药物载体。与传统的量子点（如CdSe、CdTe、CdSe /ZnS，CdHgTe，PbS等）相比，ZnO量子点中不含重金属等有毒元素，解决了量子点一直以来的生物毒性问题 [10, 11]。同时，利用表面保护剂的保护，ZnO量子点荧光稳定性好、Stoke位移大、荧光寿命长 [12-14]。因此，ZnO量子点成为一类具有优异荧光特性，生物相容性好的药用纳米载体。

针对尺寸相对较小的荧光量子点，一个现实的挑战是如何将多种功能单元揉合进该纳米载体中去。针对这一挑战，本课题将首先选择牛血清白蛋白（BSA）作为ZnO量子点的稳定剂，尝试将抗细菌药物分子掺杂在BSA中，通过梯度分离、自组装等技术来设计合成载药荧光纳米复合体。为了赋予纳米载体实时示踪的能力，进一步选择吲哚菁类近红外荧光探针与BSA进行共价偶联，得到双波段荧光（可见 近红外波段）载药纳米复合体。选择细菌靶向多肽与纳米复合物表面稳定剂进行进一步偶联，最终得到细菌靶向性、可示踪双波长载药纳米复合物。在此基础上，通过体外（细胞水平）、体内（动物水平）研究该纳米复合物细菌靶向特性、评价其抗细菌疗效及阐明药物作用机制，最终为实现药物靶向传递、实时药物示踪以及明确药物作用机制于一体的多功能纳米复合物研究提供依据。

（四）实验安排