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我校“多米诺”纳米反应器用于细菌感染精准治疗

文章作者:www.hohoy.cn发布时间:2020-01-08浏览次数:1836

南湖新闻网(记者吴洋、宋志勇)10月2日,我校韩河友教授领导的纳米化学生物学团队在国际学术期刊《自然通讯》上在线发表了一篇题为《Endogenous stimulus-powered antibiotic release from nanoreactors for a combination therapy of bacterial infections》的研究论文。在这项研究中,α溶血素被巧妙地用于穿透细胞膜。通过装载抗菌药物和反应底物,仿生构建了一种细胞膜包裹的“多米诺”纳米反应器,实现了细菌毒素引发的级联反应,药物的靶向和控释,进一步刺激机体的免疫反应,实现了药物治疗和免疫治疗的协同抗菌效果。

抗生素的过度使用(滥用)已成为当前全世界面临的一个严重的公共卫生问题。由此带来的危害是细菌产生了耐药性(即“超级细菌”),导致抗生素对细菌感染的治疗效果显著下降甚至失败。为了应对这一挑战,细菌耐药性的相关研究已成为当前跨学科研究的热点。纳米技术的引入为解决这个问题提供了一种新的策略。

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是世界卫生组织确认对人类健康构成巨大威胁的十多种抗生素“超级细菌”之一,被列为威胁公共健康的六种“高度优先”病原体之一。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌能分泌多种毒力因子在宿主体内定居、入侵和复制。这些毒力因子可以靶向并破坏细胞膜,在细胞中发挥作用,并对其靶细胞具有高度特异性。HLA毒素(α-溶血素)是金黄色葡萄球菌分泌的一种穿孔素溶血素,它损伤人和动物的红细胞和血小板,促进小血管平滑肌收缩和痉挛,导致毛细血管流动阻滞和缺血性坏死。

在一个相互连接的系统中,一个小的初始能量可能会产生一系列连锁反应,人们称之为“多米诺效应”。本研究中,韩河友教授的团队巧妙地利用α-溶血素可以穿透细胞膜的特性,通过装载抗菌药物和反应底物,仿生构建了一种被细胞膜包裹的“多米诺”纳米反应器,实现了细菌毒素引发的级联反应,药物的靶向和可控释放,进一步刺激机体的免疫反应,实现了药物治疗和免疫治疗的协同抗菌效果。

如图A所示,当纳米反应器处于室温(25℃)时,具有固体内层的相变材料可以很好地保护过氧化钙和抗生素(RFP),防止其释放。当温度达到37℃(相变温度)时,内层的相变材料将从固态变为液态。一旦遇到金黄色葡萄球菌,细菌分泌的毒素就会被纳米反应器捕获并在其表面穿孔。水分子通过孔道进入纳米反应器,与纳米过氧化钙反应生成过氧化氢。过氧化氢进一步分解生成氧气将扩大纳米反应器的体积,从而促进大量抗生素的释放,达到抗菌、排毒和伤口愈合的效果。

原理图

同时,纳米反应器(图B)能有效吸附细菌毒素(纳米毒素),但不破坏毒素的结构和功能,减少毒素对细胞膜的损伤。进一步捕获的纳米毒素通过血液循环呈现给淋巴细胞,刺激机体产生免疫反应,分泌具有中和作用的抗体,从而有效中和体内毒素,最终达到药物治疗和免疫治疗的协同抗菌效果。

本研究遵循高级功能材料,2018,28,;Acs应用材料界面,2019,11,和其他纳米材料是超级细菌感染治疗研究的另一个重要进展。

研究生吴洋博士和年轻教师宋志勇博士是这篇论文的共同主要作者,韩河友教授是通讯作者。以上研究成果得到了国家自然科学基金和大学自主创新项目的支持。

点评者:韩河友

论文链接: -019--2