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针对上述问题，南方医科大学陆遥团队利用小球藻（Chlorella vulgaris, CV）作为生物反应器，顺利获得与金属盐共孵育的绿色合成策略，在CV表面原位还原并稳定负载金属纳米颗粒，构建了一系列"细胞-纳米颗粒"杂合活体材料（NP@CV）。鉴于银基材料已获临床批准，研究重点考察了银纳米颗粒负载的小球藻（AgNP@CV）。该材料在光照下可持续进行光合作用产氧，在缺氧条件下为银离子诱导的ROS生成给予底物和放大效应，从而对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌及耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）均表现出高效杀菌活性。此外，AgNP@CV具有良好的生物安全性，能顺利获得激活VEGF/VEGFR2/PI3K/Akt信号通路促进血管内皮细胞的增殖、迁移和成管，发挥促血管生成作用。体内实验证实，AgNP@CV在清除MRSA感染和加速感染伤口愈合方面显著优于传统化学合成的银纳米颗粒。该研究为克服感染治疗中的缺氧瓶颈、提升金属基抗菌疗效给予了一种通用、简便、低成本且环境友好的可转化策略。该文章于2026年4月8日以《Living Cell-Metal Cyborg Microalgae for Treating MRSA Infection》为题发表于《ACS Nano》（DOI: 10.1021/acsnano.5c16304）。

研究示意图

（1）AgNP@CV的制备和表征

图1A显示了AgNP@CV的合成路径，其顺利获得无菌条件下将金属盐溶液与CV反应，实现了银、铜、锌、镁、金、铁纳米颗粒的绿色合成。明场显微镜和扫描电镜显示CV为球形，平均直径约1 μm，在适当光激发下因高浓度光合色素呈现红色自发荧光（图1B、C）。CV与不同浓度硝酸银共孵育后，在0.0625 mM浓度下存活率超过80%，该浓度被确定为后续实验的最佳阈值（图S1）。混合后藻细胞表面出现棕色沉积物（图1D）。紫外-可见光谱显示，AgNO₃在302 nm处有Ag⁺特征吸收峰，而AgNP@CV在687 nm处出现表面等离子体共振峰，证实AgNP形成（图1F）。ζ电位测定显示AgNP@CV表面电荷幅度较原始CV降低（图1G）。扫描电镜、透射电镜及能谱分析证实AgNPs形成于CV表面（图1H）。CV和AgNP@CV在高强度光照初始30分钟内氧释放快速增加，达到约2 mg/mL的平台期；停止光照后氧产量逐渐下降，再次光照后恢复产氧能力（图1I、J）。CV和AgNP@CV在整个观察期内维持持续氧释放，第9天达到峰值，第12天氧释放浓度仍高于3 mg/mL（图1K）。另外，该方法同样适用于其他金属NP@CV系统的构建。SEM和EDS分析证实，CV可绿色合成具有抗菌活性的Cu、Mg和Zn纳米颗粒（图2A−C），以及具有光热抗菌能力的Au和Fe纳米颗粒（图2D、E）。

图1. AgNP@CV的制备和表征。（A）AgNP@CV合成的示意图。（B）CV的双视场（左）和荧光（右）显微照片（C）CV的SEM和高倍放大图像。（D）AgNP@CV的双视场显微镜图像。（E）CV介导的AgNP生物合成机制的示意图。（F）CV和AgNP@CV的紫外-可见光谱。（G）CV和AgNP@ CV的电位。（H）AgNP@CV的SEM和元素映射图像（I）在短持续时间（30 min）内照射下的氧释放。（J）在间歇性光/暗循环下的氧释放。（K）在陆续在照射15天下的长期氧释放。

图2.各种金属NP@CV复合材料的SEM图像和EDS元素图。（A）CuNP@CV，（B）MgNP@CV，（C）ZnNP@CV，（D）AuNP@CV和（E）FeNP@CV。

（2）AgNP@CV的光合加氧协同促进缺氧条件下细菌胞内活性氧的产生

选用MRSA和大肠杆菌作为代表性病原菌，在缺氧条件下将细菌与CV和AgNP@CV分别于黑暗和光照条件下共培养，分为CV(D)、CV(L)、AgNP@CV(D)和AgNP@CV(L)四组。使用DHE和DCFH-DA荧光探针分别检测超氧阴离子（O₂•⁻）和总ROS水平。结果显示：未处理对照组和CV(D)组在各时间点均仅见微弱背景红色荧光；CV(L)组和AgNP@CV(D)组ROS水平有所升高；AgNP@CV(L)组呈现显著的红色荧光增强，表明大量O₂•⁻产生，定量分析证实该组荧光强度显著高于其他处理组（图3A、C、E）。绿色荧光检测结果一致，AgNP@CV(L)组总ROS水平高于CV(D)、CV(L)和AgNP@CV(D)组（图3B、D、F）。上述结果表明，在缺氧条件下CV的光合产氧作用能够以时间依赖的方式促进AgNP@CV介导的ROS生成。

图3.经过指定处理后，缺氧条件下细菌细胞内的ROS。（A）用DHE染色的细菌的代表性共聚焦显微照片（红色; O2 ·−）。（B）用DCFH-DA染色的细菌的代表性共聚焦显微照片（绿色;ROS）。（C，E）MRSA和大肠杆菌中DHE荧光的定量。（D，F）MRSA和大肠杆菌中DCFH-DA荧光的定量。

（3）缺氧条件下AgNP@CV表面固定银对微藻的抗菌作用

采用光照条件下的AgNP@CV进行实验。活/死染色显示，AgNP@CV组PI阳性细菌数量显著高于对照组及CV组（图4A）。SEM显示，对照组与CV组的细菌保持完整球形形态，而AgNP@CV组细菌出现严重的膜扭曲、瘪陷及塌陷（图4B），EDS分析证实AgNPs附着于失活细菌表面。细菌生长曲线显示AgNP@CV显著抑制细菌增殖，而CV的抑制作用微弱（图4D、F）。琼脂平板计数显示，共培养12小时后AgNP@CV组接近完全清除病原体，菌落形成可忽略（图4C、E、G）。

图4. AgNP@CV的体外抗菌活性。（A）指定处理后细菌的活/死染色。活细胞和死细胞用SYTO 9/PI染色。（绿色/红色）。（B）在指定处理后细菌的SEM图像和EDS元素图。插图：与AgNP@CV共孵育的细菌显示膜变形和收缩; EDS绘图显示细菌表面上的Ag（红色）。（C）成像后收获粘附细菌并在羊血琼脂上培养。（D，F）用CV或AgNP@CV处理的MRSA和大肠杆菌的生长曲线。（E，G）不同纳米制剂的抗菌功效。

（4）AgNP@CV缓解缺氧并促进细胞迁移和小管形成

划痕实验显示，缺氧较常氧显著抑制HUVEC迁移，而光照下与AgNP@CV共培养可显著促进缺氧条件下的细胞迁移（图5A、B）。Transwell实验结果一致，AgNP@CV(L)显著改善模拟缺氧微环境并促进HUVEC迁移（图5C、D）。管腔形成实验表明，AgNP@CV在光照下缓解局部缺氧并促进HUVEC管腔生成，其网格数与连接点数显著高于其他组（图5E−G）。与缺氧对照及其他组相比，AgNP@CV(L)显著上调HUVEC中CD31、αSMA、VEGF、EGF和FGF的表达（图5H−L），并显著下调HIF-1α表达。上述结果表明，光照激活的AgNP@CV顺利获得缓解局部缺氧有效促进细胞迁移、增殖及血管化（图5M）。

图5. AgNP@CV在体外缓解缺氧并促进HUVEC迁移和管形成。（A）HUVEC迁移的代表性荧光显微照。（B）HUVEC的迁移速率。（C）在指定条件下HUVEC的Transwell迁移（结晶紫染色）.（D）HUVEC迁移的定量（结晶紫染色的细胞）。（E）HUVEC管形成的代表性图像（钙黄绿素-AM染色）。（F，G）管形成的定量（网格和连接计数）。（H−L）血管生成和伤口愈合相关基因的相对表达（M）在光照下从AgNP@CV释放的O2促进HUVEC迁移和管形成。

（5）AgNP@CV对人脐静脉内皮细胞的调控机制

RNA测序分析显示，光照条件下AgNP@CV（CL）处理的HUVEC较黑暗条件（CD）共有1244个差异表达基因（648个上调，596个下调）（图6A、B），主成分分析显示两组转录组明显分离（图6C）。KEGG分析表明CL组促血管生成通路（PI3K-Akt信号通路、黏着斑、ECM-受体相互作用、细胞黏附分子）显著富集，IL-17炎症信号通路显著下调（图6D）；GO富集分析证实细胞黏附、上皮管形态发生及细胞黏附正向调控等生物学过程富集（图6E）。Western blot显示CL组VEGF、VEGFR2、PI3K和Akt蛋白表达显著上调（图6F−J）。上述结果提示CL顺利获得激活VEGF/VEGFR2/PI3K/Akt信号轴促进HUVEC增殖、迁移和血管生成（图6K）。

图6. AgNP@CV在HUVEC中的调节机制。（A）CD和CL之间差异表达基因（DEG）的火山图。（B）CD与CL的DEG热图。（C）显示CL处理的HUVEC与CD分离的PCA评分图。（D）DEG的KEGG途径富集分析。（E）上调和下调DEG的GO富集分析。（F）VEGF、VEGFR 2、CD和CL的HUVEC中的PI 3 K、Akt和β-肌动蛋白。（G-J）VEGF、VEGFR 2、PI 3 K和Akt的光密度定量，标准化为β-肌动蛋白。（K）示意图：CL顺利获得VEGF/VEGFR 2/PI 3 K/Akt信号轴促进HUVEC增殖、迁移和血管生成。

（6）AgNP@CV有效清除细菌并促进伤口愈合

在C57BL/6小鼠MRSA感染全层皮肤缺损模型中（图7A），分别采用CV(L)、AgNP@CV(D)、AgNP@CV(L)及化学合成AgNPs处理感染伤口，并以高透明聚氨酯薄膜覆盖建立封闭环。各组伤口面积均随时间缩小，但AgNP@CV(L)愈合速度显著加快：第6天闭合率达76.7%，显著高于对照组、AgNPs组、CV(L)组和AgNP@CV(D)组；第12天接近完全上皮化（≈99.8%），而其他组仍残留明显创面（图7B−D）。H&E染色显示，CV(D)可减轻伤口组织炎症，AgNP@CV(L)进一步降低炎症反应（图7E）。Masson三色染色显示，AgNP@CV(L)组产生显著更致密的胶原纤维，呈成熟编织样排列，伤口间隙明显缩小（图7F）。

术后第2天Hypoxyprobe检测显示，AgNP@CV(L)组伤口组织Pimonidazole特异性信号显著低于其他各组（图8A）。血管标志物检测显示，对照组、AgNPs组及AgNP@CV(D)组CD31和α-SMA表达减弱，CV(L)组显著上调两者表达，而AgNP@CV(L)组诱导最强的CD31⁺内皮网络及α-SMA⁺周细胞覆盖（图8B、D、E）。巨噬细胞极化分析显示，对照组与CV(L)组以CD86⁺/CD206⁻ M1型为主；AgNPs与AgNP@CV(D)组炎症反应减轻；AgNP@CV(L)组CD86表达最低而CD206表达最高，显示出最强的促再生M2极化能力（图8C、F、G）。

图7. AgNP@CV促进MRSA感染伤口的愈合。（A）评价治疗功效的体内研究的示意性时间轴。产生全层皮肤伤口并接种MRSA;感染后2天给予治疗。（B）在第0、3、6、9和12天来自各组的代表性伤口的照片。插图：不同组伤口愈合过程的示意图。（C、D）第3、6、9和12天各组伤口闭合动力学。（E、F）伤口切片的H&E和Masson三色染色。

图8. AgNP@CV在体内促进血管生成并解决炎症。（A）感染伤口组织中的匹莫硝唑（绿色）的免疫荧光染色。（B）针对CD 31/α-SMA/DAPI染色的伤口组织的代表性免疫荧光显微照片（绿色/红色/蓝色）。（C）针对CD 206/CD 86/DAPI染色的伤口组织的代表性免疫荧光显微照片（绿色/红色/蓝色）。比例尺= 0.2 mm。（D，E）CD 31和α-SMA荧光强度的定量。（F，G）CD 206和CD 86荧光强度的定量。