中性粒细胞膜包覆纳米声敏剂通过超声增强铁死亡治疗铜绿假单胞菌肺炎

　　为解决铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)生物膜形成和抗生素耐药性问题，研究人员开发了中性粒细胞膜包覆的Fe/TNT@NM纳米声敏剂，通过超声(US)激活产生ROS和Fe3+释放，协同声动力(SDT)/化学动力(CDT)效应破坏生物膜并诱导细菌铁死亡(ferroptosis)，在肺炎模型中显著减轻肺部损伤，为耐药菌感染提供了新型治疗策略。

　　

铜绿假单胞菌肺炎是全球范围内具有高发病率和死亡率的重大临床挑战，这种病原体通过形成顽固的生物膜和产生内在抗生素耐药性，尤其在医院获得性肺炎中造成严重威胁。生物膜不仅增强细菌的持久性，还加速多重耐药菌株的进化，而细菌的铁代谢稳态进一步稳定生物膜结构并中和氧化应激，使得传统抗生素治疗效果有限。

在这项发表于《Journal of Nanobiotechnology》的研究中，杜春红等研究人员开发了一种仿生纳米声敏剂Fe/TNT@NM，通过超声(US)激活实现胞外-胞内双重机制协同破坏生物膜。该纳米系统以铁掺杂钛酸盐纳米管(Fe/TNT)为核心，外包覆中性粒细胞膜(NM)，在US辐照下不仅产生声动力活性氧(ROS)，还促进Fe³⁺释放，这些离子在胞外通过Fenton反应放大化学动力效应，同时扰乱细菌铁稳态，触发细菌铁死亡。NM涂层赋予纳米颗粒免疫逃逸和靶向生物膜能力，使得这一超声强化铁死亡策略能够同步实现胞外ROS风暴和胞内铁失调，从而高效清除耐药铜绿假单胞菌并减轻肺部炎症。

研究人员运用了几项关键技术方法：通过水热法合成铁掺杂钛酸盐纳米管(Fe/TNT)，并从脂多糖(LPS)激活的小鼠外周血中分离纯化中性粒细胞膜(NM)；采用超声辅助融合制备仿生纳米复合物Fe/TNT@NM；利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等进行材料表征；通过体外抗菌实验、流式细胞术、荧光显微镜和扫描电镜(SEM)评估抗菌效果和机制；建立小鼠铜绿假单胞菌肺炎模型，进行组织病理学分析、炎症因子检测及体内细菌残留评估。

Structural and functional characterization of Fe/TNT@NM

通过TEM、HR-TEM证实Fe/TNT@NM具有均匀的纳米管形态和中性粒细胞膜包覆结构，XRD和XPS验证了Fe的成功掺杂和元素组成。UV-vis显示Fe掺杂将带隙从2.98 eV降至2.23 eV，增强声动力活性。NM涂层提高水合粒径至87 nm，降低电位至-17.5 mV，并通过流式细胞术和Western blot证明关键炎症靶向受体（TNF-R、IL-1R、LFA-1）的保留，赋予其免疫逃逸和靶向能力。

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Ultrasound enhanced sonodynamic activity and Fe3+ release of Fe/TNT@NM

US激活下，Fe/TNT@NM通过DPBF探针检测到单线态氧(¹O₂)生成，10分钟内吸光度降低42.41%，ESR证实¹O₂特征信号。酸性环境中US加速Fe³⁺释放，其与H₂O₂发生Fenton反应产生羟基自由基(·OH)，TMB氧化实验和ESR验证·OH生成，US使·OH水平提高2.3倍，表明声动力-化学动力协同效应。

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Bactericidal efficacy of Fe/TNT@NM against P.aeruginosa

Fe/TNT@NM在US激活下对铜绿假单胞菌的杀菌率达90.63%，显著高于单独处理组。活/死染色和SEM显示US激活的Fe/TNT@NM引起细菌膜破裂和胞质外溢，证实其通过膜破坏和氧化损伤实现高效杀菌。

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The disruption of P.aeruginosa biofilms by Fe/TNT@NM

浓度和时间依赖性实验显示，250 μg/mL Fe/TNT@NM结合US(8分钟)可抑制83%生物膜，CLSM 3D成像显示生物膜结构明显变薄和瓦解，定量分析表明US激活使清除率从45.48%提升至72.49%。

Extracellular and Intracellular antibacterial mechanisms of Fe/TNT@NM

流式细胞术和荧光显微镜证实US激活的Fe/TNT@NM显著提升细菌内ROS水平。胞内Fe²⁺浓度升高，BODIPY-C11检测到脂质过氧化，铁死亡抑制剂Ferrostatin-1(Fer-1)可逆转该现象。MDA水平上升和GSH耗竭进一步验证铁死亡途径，表明Fe/TNT@NM通过胞外氧化应激和胞内铁死亡双重机制杀菌。

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Biocompatibility evaluation of Fe/TNT@NM

溶血实验显示Fe/TNT@NM在500 μg/mL浓度下溶血率低于5%，细胞毒性实验表明HUVECs和BEAS-2B细胞存活率超过75%。流式细胞术显示细胞凋亡/坏死率与PBS对照组相当，MDA水平无变化。小鼠体内实验证实无血液学、生化学异常和主要器官病理损伤，证明其良好生物相容性。

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Alleviation of P. aeruginosa pneumonia by Fe/TNT@NM

小鼠肺炎模型中，US激活的Fe/TNT@NM显著减轻肺部炎症浸润和组织损伤，降低炎症因子(IL-1β、TNF-α、IL-6)表达，肺内细菌残留减少92%。Gram染色和脂质过氧化检测证实Fe/TNT@NM通过诱导细菌铁死亡发挥治疗作用，而Fer-1处理逆转该效应。

该研究通过仿生纳米设计将声动力治疗、化学动力治疗和铁死亡诱导相结合，创新性地解决了铜绿假单胞菌生物膜感染和抗生素耐药性问题。Fe/TNT@NM在超声激活下产生协同抗菌效应，胞外通过SDT/CDT生成ROS破坏生物膜，胞内通过铁过载触发细菌铁死亡，兼具靶向性和生物安全性。这一多模式治疗策略不仅为耐药细菌肺炎提供了有效治疗方案，也为纳米材料在抗感染领域的应用开辟了新方向。