細菌感染の治療と光音響イメージングのための金/銀のハイブリッドナノ粒子

Ag+イオンはよく知られている抗菌剤であり、Agナノ粒子は細菌感染症の標的療法のためにこれらのAg+イオンの貯留層として作用します。ただし、Agナノ粒子からのAg+イオンの放出を効果的にトリガーおよび監視するツールはありません。光音響（PA）イメージングは​​新たな非侵襲的イメージングツールであり、金ナノロッド（AUNRS）はPAイメージングの優れた造影剤です。この作業では、銀（Ag）でAUNRをコーティングすることにより、AU/AGハイブリッドナノ粒子を開発し、光音響信号を減少させました。準備されたAgコーティングされたAuナノロッド（Au/Agnrs）は周囲条件下で安定していますが、フェリシアニド溶液（1 mM）を添加すると、銀殻の酸化的エッチングが生じます。PAコントラストは、銀が放出されると同時に回復され、このPA信号はAg+イオンの局所的な放出の非侵襲的監視を提供します。放出されたAg+イオンは、同等の遊離ag+イオン（Agno3）と同様の強力な殺菌効果を示し、ナノ粒子は両方の（グラム陽性）メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA、32μMAg+ ag+等価）と（グラム - 等価）99.99％を超えて殺されました。陰性）大腸菌（8μMAG+相当）。これらのナノ粒子のセラノスティックな可能性は、in vivoでのパイロット研究で実証されました。マウスにMRSAを接種し、Au/AgNRに皮下移植に続いて銀エッチングを行いました。PA信号（P <0.01）の事前およびポストエッチングの730％増加があり、治療群の感染組織の細菌数は1000倍減少しました（log CFU/g = 4.15対7.75）未処理のコントロール。この治療効果は組織学で確認されました。さらに、これらのハイブリッドナノ粒子は、過酸化水素や過酸素酸塩を含む活性酸素種による刺激後にAg+を放出できることを示しました。これらのハイブリッドAu/Agナノ粒子は、細菌感染症の光音響イメージングと治療のための有用なセラノシス剤です。

Ag+ ions are a well-known antibacterial agent, and Ag nanoparticles act as a reservoir of these Ag+ ions for targeted therapy of bacterial infections. However, there are no tools to effectively trigger and monitor the release of Ag+ ions from Ag nanoparticles. Photoacoustic (PA) imaging is an emerging noninvasive imaging tool, and gold nanorods (AuNRs) are an excellent contrast agent for PA imaging. In this work, we developed Au/Ag hybrid nanoparticles by coating AuNRs with silver (Ag), which decreased their photoacoustic signal. The as-prepared, Ag-coated Au nanorods (Au/AgNRs) are stable under ambient conditions, but the addition of ferricyanide solution (1 mM) results in oxidative etching of the silver shell. The PA contrast is simultaneously recovered as the silver is released, and this PA signal offers noninvasive monitoring of localized release of Ag+ ions. The released Ag+ ions exhibit a strong bactericidal efficacy similar to equivalent free Ag+ ions (AgNO3), and the nanoparticles killed >99.99% of both (Gram-positive) methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA, 32 μM Ag+ equivalent) and (Gram-negative) Escherichia coli (8 μM Ag+ equivalent). The theranostic potential of these nanoparticles was demonstrated in a pilot in vivo study. Mice were inoculated with MRSA and Au/AgNRs were subcutaneously implanted followed by silver etching. There was a 730% increase in the PA signal ( p < 0.01) pre- and post-etching, and the bacterial counts in infected tissues of the treated group were reduced by 1000-fold (log CFU/g = 4.15 vs 7.75) versus the untreated control; this treatment efficacy was confirmed with histology. We further showed that these hybrid nanoparticles could release Ag+ after stimulation by reactive oxygen species including hydrogen peroxide and peroxynitrite. These hybrid Au/Ag nanoparticles are a useful theranostic agent for the photoacoustic imaging and treatment of bacterial infections.