【《关于光动力抗菌的研究文献综述》2700字】

关于光动力抗菌的研究文献综述光动力抗菌的概述1900年，德国医学生OscarRaab首次观察到吖啶盐酸盐水合物能对尾草履虫（parameciacaudatum）产生光毒性作用[1]。1901年丹麦医学科学家现代光疗之父NielsRybergFinsen发现，来自碳弧的自然光和紫外线辐射是治疗皮肤结核病的有益疗法[2]，并且首先提出蓝光不会像紫外线辐射一样引起有害的炎症反应，但仍然可以杀灭细菌。随后，在1904年德国医学家赫尔H.vonTappeiner教授和Jodlbauer教授创造了这个至今流传的术语——“光动力效应”（photodynamischewirkung/photodynamiceffect）[3]。至此，人们发现光活性染料对微生物具有光动力活性[4]。1960年R.L.Lipson和S.Schwartz在Mayo诊所进行的研究工作，他们观察到注射粗制的血卟啉药物制剂可便于在手术中看到肿瘤性病变的荧光[5]，由此正式开启光动力疗法（PhotodynamicTherapy，PDT）时代。研究表明，如果使用合适的激光作为光源，并与合适的光敏剂（Photosensitizers，PSs）结合，则可能对微生物细胞造成损害，表明PDT对治疗感染性疾病具有潜在的作用[6]。由于耐药性，传统的细菌感染治疗方法（例如抗生素治疗）已在临床应用中显示出局限性[7]。在新兴的抗菌治疗方法中，PDT引起了越来越多的关注，它利用PSs产生用于细菌治疗的有毒活性氧（ReactiveOxygenSpecies，ROS）[8]，由于PDT的非侵入性、可忽略的耐药性、最小的副作用等优势而具有巨大的潜力[9]。光动力抗菌化学疗法[10]（PhotodynamicAntimicrobialChemotherapy，PACT）便是一种基于PDT，可利用光和PSs产生的光动力效应作用于微生物的新型治疗方式。在该作用过程中，PSs对微生物进行光动力处理，通过氧化损伤细胞，导致菌落形成能力下降[11]。光动力抗菌的作用机理PACT的科学研究仍处于起步阶段，其抗菌机制尚未完全清楚，但应该与PDT[12]相似，都包含三要素：可见光，光敏剂和氧，它们相互补充，必不可少。PDT的核心是光吸收和能量转移的过程[13,14]，如REFFigure1_1\h图1-1所示，机理可分为I型反应（例如能对细胞组织造成破坏的过氧化氢H2O2、超氧阴离子·O2-、羟基自由基·OH等）和II型反应（单线态氧1O2）[15]。PSs在基态（S0）吸收光后，电子被激发并转换成高能分子轨道（第一激发单线态S1）；此状态下电子的寿命非常短（纳秒），它们会通过发光（荧光）或内部转化为热量而失去能量，一些电子经激发后进行系间跨越（IntersystemCrossing，ISC）。受激电子形成激发三线态（T），电子寿命较长（微秒），产生·O2-，并生成H2O2和·OH等氧化还原反应形成的系列氧化物。这一系列的变化称为I型反应[16]。三线态PS也可以直接与基态分子氧发生碰撞，将能量传递给基态氧，进而生成高活性的1O2。这种变化称为II型反应[17]。在光的激发下，PS转变为三重激发态，然后产生细胞毒性物质，选择性地杀死有害的微生物细胞[18,19]。Figure1-SEQFigure_1-\*ARABIC1Thejablonskienergyleveldiagramoflightabsorptionandenergytransferprocess.S：Singletstate；T：Tripletstate；VR：Vibrationrelaxation；ISC：Intersystemconversion.PACT的治疗效果取决于两个方面：（1）要治疗的部位或其他异常组织对光敏活性染料（例如卟啉、酞菁等）的摄取；（2）当用与染料的吸收光谱相匹配的可见光照射该部位时，光敏活性染料产生ROS的能力[20]。高浓度的细胞毒性ROS，可与DNA分子的所有组分反应，破坏嘌呤和嘧啶碱基以及脱氧核糖骨架[21]。ROS引发的氧化反应能使结合光活性染料的细胞器受损，最终导致细胞死亡或异常组织的破坏[20]。在PACT中光敏剂也会与各种细胞质膜结合，进而破坏细胞[22]。一些阳离子光活性染料或光敏剂与微生物细胞结合后还具有良好的特异性，能够保留宿主的哺乳细胞，在用可见光激发后，可治疗浅层的甚至深层的局部感染[23]。光动力抗菌的特征及用途PACT具有准确性、微创性、好重复性、低毒性、耗时短、能杀灭耐药菌株、使微生物分泌的毒性因子失活、抗菌谱广、无致畸作用、对正常组织影响不大、对患者痛苦小及无依从性影响等优点，可代替抗生素对微生物感染进行治疗，现已广泛应用于临床领域[24]。此外，可以根据病变组织类型或位置，PS既可以全身使用，也可以局部使用[25]。PACT治疗领域包括牙周炎[26]，过敏性皮炎[27,28]，病毒性损伤[29]（例如痤疮[30]），局部伤口感染[31]和过度感染的银屑病斑块[32]等。PACT能够抑制真菌、细菌和寄生虫等的生长（REFFigure1_2\h图1-2），使它们灭活[33,34]，包括白色念球菌（Candidaalbicans，C.albicans）[35]、大肠杆菌（Escherichiacoli，E.coli）[36]、金黄色葡萄球菌（Staphylococcusaureus，S.aureus）[37]、粪肠杆菌（Enterococcusfaecalisbacteria）[36]、牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonasgingivalis，PG）[38]、单核细胞增生李斯特氏菌（Listeriamonocytogenes）[39]、鲍曼不动杆菌（Acinetobacterbaumannii，AB）[40]、铜绿假单胞菌（Pseudomonasaeruginosa，PAE）[41]、沙门氏菌（Salmonella）[42]和多重耐药菌（Multi-drugresistantbacteria，MDR）[43]等等。Figure1-SEQFigure_1-\*ARABIC2SchematicdiagramofpathogenicmicroorganismsthatPACTcanacton.近年来的研究表明，可利用光活性染料（例如姜黄素）的抗菌活性，将其作为食品包装的活性材料。除了能对外部条件提供惰性屏障外，还可发挥其他作用（如抗菌或抗氧化）的包装，称为“活性包装”（ActivePackaging，AP）[44]。欧洲法规（EC）450/2009中将AP定义为一种与食物相互作用的包装系统，该系统通过掺入某种成分向包装食品或周围环境释放或吸收物质[44]。常见的塑料包装（PlasticPackaging，PP）虽具有足够的防潮层但没有足够的防氧层，但是AP可以包含除氧剂或抗微生物剂[45]。抗菌活性包装（AntibacterialActivePackaging，AAP）是一种将抑菌剂等抗菌活性物质整合到食品包装中的新型包装技术，赋予了食品包装独特的功能，从而最大限度地提高食品安全性和质量[46]。相较于辐射、烘干、热加工、冷藏、冷冻、自发气体包装、添加盐类等传统抗菌方式[47]，抗菌活性包装更适用于新鲜水果、蔬菜和肉类等食品[48]。参考文献[1] 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