抗菌耐药性已被世界卫生组织列为全球十大公共卫生威胁之一，近年来因耐药性感染导致的死亡人数持续攀升，预计到2050年每年或将导致超过1000万人死亡 。在这一严峻形势下，细菌生物被膜（biofilm）成为耐药性传播与感染复发的关键根源。其致密的胞外聚合物基质、代谢异质性以及群体感应调控，使得传统抗生素难以渗透并彻底清除病灶 。因此，寻找能够突破生物被膜防御、避免抗药性发展的新型治疗手段已成为抗感染领域的核心任务。光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）凭借可精确控制的时空效应、对代谢状态独立的杀菌机制以及对“休眠型”细胞的杀灭能力，展现出替代或辅助抗生素的独特潜力。

近日，香港中文大学（深圳）理工学院唐本忠，成都大学药学院梅凌，中国科学院大学张鹏飞以及成都中医药大学Yi Qiong等人合作，在Angewandte Chemie International Edition 期刊上发表了一篇题目为“From Light to Cure: Precision Phototherapies for Antibiotic-Refractory Biofilm Infections”的综述文章，系统综述了基于光的抗生物被膜策略，重点介绍了光热/光动力单一与协同治疗的作用机制、材料平台及其与免疫调控、酶降解和抗生素联合应用的前沿进展，旨在探索突破传统治疗局限的新范式。

 

以细菌生物被膜为靶点

论文首先详细剖析了生物被膜在抗菌治疗失败中的关键作用。细菌生物被膜是由细胞、胞外聚合物和代谢副产物构成的复杂三维网络，它不仅通过物理屏障阻碍抗生素渗透，还营造出低氧、酸性及代谢不均一的特殊微环境，使“休眠型”细胞得以存活。此外，被膜内部的群体感应和胞外DNA促进了耐药基因的交换与稳定存在。这些机制共同导致生物被膜相关感染极难根治，因此，生物被膜被视为新型抗菌策略的首要突破口。

图1：a) 细菌生物被膜的结构与功能；b) 生物被膜介导的抗菌耐药机制 。

光疗在抗生物被膜感染中的应用

在确立靶点后，文章系统阐述了光疗在抗感染中的应用，包括光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）。PTT依靠近红外光照激发光热剂产生局部高温，破坏细菌膜和胞外基质；而PDT则通过光敏剂产生活性氧簇，造成多层次的氧化损伤。作者指出，两者不仅能独立杀菌，还能克服传统抗生素对休眠细胞无效的局限。近年来，基于纳米平台的智能光疗体系不断发展，实现了药物递送、成像引导和免疫调控的多功能整合，使光疗在精准化抗生物被膜治疗中展现出广阔前景。

图2：光疗（包括PDT与PTT）的材料基础示意，展示光敏剂（PSs）与光热剂（PTAs）的作用方式 。

图3：a) 光热剂将光能转化为热能的过程；b) 蛋白质、糖链和细胞膜的热损伤；c) 热效应导致膜通透性增强和细胞死亡 。

图5：a) GNR@mSiO2-SNO/ICG纳米颗粒的双功能牙周炎治疗设计；b) 光诱导1O2生成与NO释放机制；c) NO在有/无808 nm激光下的开关式释放 。

图6：PTT与一氧化碳释放的协同治疗示意（纳米平台在近红外照射下触发CO释放并增强PDT/PTT效应） 。

图7：基于P(Cip-b-CB)-AuNRs与Ce6-ZnFeO4@ABCsi胶束的化学-光热/光动力协同抗菌生物被膜治疗示意图 。

图8：AIE 光敏剂 TTPy 的结构、成像性能及其在感染伤口模型中的光动力抗菌作用。

图9：a) 金纳米棒–SiO2–Cu7S4 Janus纳米马达结构与自驱动行为；b) 微流控芯片；c) 不同样品运动速度；d–f) 在小鼠脓肿模型中的穿透与PA成像结果 。

图10：光触发免疫反应增强的实验结果（抗原呈递与树突细胞成熟等） 。

图11：a) MI-MPDA光免疫复合材料的合成；b) M1/M2型基因表达；c) 炎症因子检测；d) HA-Ce6-MNZ纳米平台作用机制

图12：a) 光敏-精氨酸复合物（Arg-PCN@Gel）制备及作用机理；b)–c) 感染细胞中免疫因子的表达分析 【4†source】。

图13： 近红外光响应纳米材料在抗菌和抗炎治疗中的应用示意图

图14： 细菌感染协同治疗的纳米药物载体设计与应用示意图

图15：a–b) SP-Van@IR780的合成与在MRSA感染模型中的光-抗生素联合杀菌；c) AZM-DA纳米颗粒的自组装与酸敏释放；d) TMPyP分子在有氧/缺氧条件下的光动力–光热双模治疗 。

图16：a) AIE光敏剂DHTPA的结构；b) 酸性环境下的能级变化与ROS生成；c) 细菌膜损伤与生物被膜厚度降低；d) 小鼠创伤模型中的治疗效果 。

图17：a–g) Janus金-卟啉聚合物纳米结构的制备、形貌与光热–光动力协同抗菌作用，展示其突破耐药生物被膜的潜力 。

临床转化挑战

尽管光疗展现出强大潜力，但其临床转化仍面临诸多障碍。首先，光穿透深度有限，限制了深部感染的治疗效果；其次，部分无机纳米材料存在长期蓄积和潜在毒性问题；此外，光疗设备的标准化、治疗参数的规范化以及大规模制备的成本，都对临床推广构成挑战。作者强调，这些问题需要通过材料改性、使用可降解载体以及跨学科工程手段加以解决，从而推动光疗真正走向临床应用。

【结论】

在总结部分，文章强调了光疗在抗击抗生素难治性感染方面的独特优势。与传统抗生素依赖细菌代谢状态不同，光疗能够精准、快速、低耐药风险地破坏生物被膜和细菌本身。同时，结合纳米技术，光疗已实现与免疫调控和药物递送的深度融合，展现出多模态、个性化的治疗模式。作者指出，光疗不仅是抗感染领域的重要补充，更有潜力成为未来治疗体系的核心支柱。

【展望】

在展望部分，作者提出了未来的发展方向。首先，需要构建更安全、可降解且环境友好的光敏材料，以解决长期毒性与成本问题；其次，跨学科合作至关重要，结合免疫学、材料科学与人工智能，可实现实时反馈和自适应治疗；此外，光疗与免疫治疗的结合有望进一步增强机体防御力，降低复发风险。最终目标是建立智能化、精准化、可持续的治疗体系，为抗生素依赖的传统模式提供全新替代方案。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202510900

Tags： 港中深唐本忠院士Angew：抗生素耐药性生物膜感染的精准光疗策略！