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我校為超級細菌感染治療提供新策略

核心提示: 近日,我校農業微生物國家重點實驗室韓鶴友教授課題組在納米抗超級細菌研究上取得新進展。

南湖新聞網訊(通訊員 吳陽)近日,我校農業微生物國家重點實驗室韓鶴友教授課題組在納米抗超級細菌研究上取得新進展。該研究不使用任何抗生素,因此不會導致細菌產生耐藥性。

抗生素的濫用導致細菌產生了嚴重的耐藥性,而多重耐藥性的超級細菌更是對人類健康構成了極其重大的威脅。目前,臨牀上的超級細菌是指“ESKAPE”,(E.faecium(屎腸球菌);S.aureus(金黃色葡萄球菌);K.pneumoniae(肺炎克雷伯菌) ;A. baumannii (鮑氏不動桿菌) ;P.aeruginosa(銅綠假單胞菌);E.species(腸桿菌) )。其中,銅綠假單胞菌是一種常見的醫院污染物,是囊性纖維化患者和免疫功能低下患者發病和死亡的主要原因,對大部分抗生素具有抗藥性,而且能快速地產生抗藥性突變,因此,根除銅綠假單胞菌,具有重要意義。

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韓鶴友教授團隊利用一氧化氮(NO)的生物信使分子特性和馬來酰亞胺分子可靶向銅綠假單胞菌T4P菌毛的識別特性,構建了近紅外光(NIR)觸發的智能NO納米發生器,實現對銅綠假單胞菌的精準高效治療。

該研究主要包括以下幾點創新內容。納米發生器可通過SNP @MOF @ Au-Mal馬來酰亞胺與細菌T4P菌毛結合,增加細菌膜的通透性,對細菌膜造成物理性損傷,併為下一步精確治療細菌感染創造條件。此外,原位產生的NO與光熱誘導產生的ROS反應生成更強氧化性的ONOO-;在細菌細胞附近局部釋放的高濃度NO,進一步促進更多的NO及其相關衍生物向細胞轉移,極大地提高了NO抗超級細菌的效果,實現“1+1大於2”的協同抗菌作用。下圖活體實驗證明,納米發生器可以富集在傷口部位,在NIR光照射下傷口部位的温度明顯升高,有利於NO的釋放。在相同的總NO濃度條件下,更快的NO釋放比較慢的NO釋放將產生更強的細菌殺傷作用。實驗結果還表明,光照後傷口處的NO濃度明顯增加,傷口面的細菌數量減少了97.7%,促進了傷口的癒合。

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實驗結果還表明,在活體治療的早期,納米發生器可以殺死細菌,但不需要M1巨噬細胞釋放過量的促炎因子(TNF-α,IL-1,NO等),其結果有利於縮短巨噬細胞向M1的極化時間,避免產生過度炎症,有利於M1巨噬細胞提前向M2巨噬細胞極化,從而起到保護宿主免受過度傷害和促進損害修復的作用。實驗結果進一步表明,該納米發生器可以促進生長因子(IGF, TGF-β等)的分泌,這在調節炎症和誘導血管生成中起關鍵作用,在傷口癒合過程中基質形成和重塑過程至關重要。

綜上,納米抗超級細菌策略(不使用抗生素),有望在不產生耐藥性的情況下治療細菌感染,為臨牀上解決多重耐藥性的超級細菌提供了新的思路。該研究得到國家自然科學基金、校自主創新基金等的資助,是該團隊繼2018年、2019年及2020年在納米抗超級細菌研究的又一重要進展。

論文鏈接//doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120588

原文摘要(Abstract)

Nitric oxide (NO) is an importantbiological messenger involved in the treatment of bacterial infections, but itscontrolled and targeted release in bacterial infections remains a major challenge.Herein, an intelligent NO nanogenerator triggered by near-infrared (NIR) lightis constructed for targeted treatment of P. aeruginosabacterialinfection. Since maleimide can recognize and attach to the pilus of T4Pof P. aeruginosa, we adopt this strategy to achieve the accuraterelease of therapeutic drugs at the infection site, i.e., after maleimidetargets Gram-negative bacteria, the SNP@MOF@Au-Mal nanogenerator willrelease NO and generate ROS in situ from the inorganicphotosensitizer gold nanoparticles under NIR irradiation to achieve synergisticantibacterial effect. In vivo experiments proved that thebacterial burden on the wound was reduced by 97.7%. Additionally, thenanogenerator was shown to promote the secretion of growth factors, which playa key role in regulating inflammation and inducing angiogenesis. This strategyhas the advantage of generating a high concentration of NO in situ topromote the transfer of more NO and its derivatives (N2O3, ONOO) to bacteria, thereby significantlyimproving the antibacterial effect. The multifunctional antibacterial platformhas been demonstrated as a good carrier for gas therapy because of its simpleand efficient gas release performance, indicating its great potential for thetreatment of drug-resistant bacterial infections.

審核人:韓鶴友

責任編輯:蔣朝常 黃雅姿