メチレンブルーを被覆した超常磁性酸化鉄ナノ粒子と赤色光の組み合わせによる非局在性細菌感染症との戦いのための新しいプラットフォーム。大腸菌を対象とした概念実証研究

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J. Photochem. Photobiol. B, Biol..2020 Jul;209:111956. S1011-1344(20)30406-1. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2020.111956.Epub 2020-07-09.

メチレンブルーを被覆した超常磁性酸化鉄ナノ粒子と赤色光の組み合わせによる非局在性細菌感染症との戦いのための新しいプラットフォーム。大腸菌を対象とした概念実証研究

Methylene blue-covered superparamagnetic iron oxide nanoparticles combined with red light as a novel platform to fight non-local bacterial infections: A proof of concept study against Escherichia coli.

Victor Hladkyi Toledo
Tania Mateus Yoshimura
Saulo Toledo Pereira
Carlos Eduardo Castro
Fabio Furlan Ferreira
Martha Simões Ribeiro
Paula Silvia Haddad

PMID: 32673883 DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2020.111956.

抄録

現在、抗菌薬による光線力学的治療（APDT）は局所的な感染症の治療に限られており、非局所的な感染症に対しては、光増感剤を内臓に送達できるプラットフォームが強く望まれているが、SPIONsは光増感剤のビヒクルとして有望である。本研究では、メチレンブルー(MB)-超常磁性酸化鉄ナノ粒子(SPIONs)の革新的な応用について報告する。我々は、抗菌性光力学療法のためのMB-SPIONsの調製、特性評価、および応用について報告する。MB光増感剤は光を照射すると活性酸素を発生させ、微生物細胞に不可逆的なダメージを与える。私たちは、共沈法を用いてSPIONを調製しています。このナノ粒子をテトラエチルオルトケイ酸塩とケイ酸ナトリウムの二重シリカ層で覆うことで、マグネタイト-シリカ-MBのハイブリッド材料を作製した。フーリエ変換赤外分光法,粉末X線回折法,磁気測定法を用いて、調製したままのSPIONの特性を評価した。粉末X線回折データを用いてマグネタイトの生成を確認した。また、リートベルト法を用いてマグネタイトの平均結晶サイズを14nmと計算した。赤外分光では、鉄-酸素の特徴的なバンドとケイ酸基に関連したバンドが観測された。室温では、ナノコンポジットはマグネタイトコアにより磁気的な挙動を示す。また、マグネタイト-シリカ-MBは活性酸素の生成を促進する。そこで、本研究では、FeO-シリカ-MBの大腸菌に対する光力学的活性を評価した。その結果、SPIONsからのMBの放出時間とエネルギー量に依存して、光力学的処理後に大腸菌が完全に死滅することがわかった。これらの知見は、前臨床アッセイにおいて、内部感染症と戦うためのマグネタイト-シリカ-MBの使用を探求することを奨励するものである。

Currently, antimicrobial photodynamic therapy (APDT) is limited to the local treatment of topical infections, and a platform that can deliver the photosensitizer to internal organs is highly desirable for non-local ones; SPIONs can be promising vehicles for the photosensitizer. This work reports an innovative application of methylene blue (MB)-superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs). We report on the preparation, characterization, and application of MB-SPIONs for antimicrobial photodynamic therapy. When exposed to light, the MB photosensitizer generates reactive oxygen species (ROS), which cause irreversible damage in microbial cells. We prepare SPIONs by the co-precipitation method. We cover the nanoparticles with a double silica layer - tetraethyl orthosilicate and sodium silicate - leading to the hybrid material magnetite-silica-MB. We characterize the as-prepared SPIONs by Fourier transform infrared spectroscopy, powder X-ray diffraction, and magnetic measurements. We confirm the formation of magnetite using powder X-ray diffraction data. We use the Rietveld method to calculate the average crystallite size of magnetite as being 14 nm. Infrared spectra show characteristic bands of iron‑oxygen as well as others associated with silicate groups. At room temperature, the nanocomposites present magnetic behavior due to the magnetite core. Besides, magnetite-silica-MB can promote ROS formation. Thus, we evaluate the photodynamic activity of FeO-silica-MB on Escherichia coli. Our results show the bacteria are completely eradicated following photodynamic treatment depending on the MB release time from SPIONs and energy dose. These findings encourage us to explore the use of magnetite-silica-MB to fight internal infections in preclinical assays.