2019年9月24日,重慶大學羅陽,國家納米科學中心梁興杰以及廣州醫科大學郭偉圣共同通訊在Nature Communications 上在線發表題為“Thermo-responsive triple-functionnanotransporter for efficient chemo-photothermal therapy of multidrug-resistantbacterial infection”的研究論文,該研究描述了一種智能的三功能納米結構,即TRIDENT(受熱響應啟發的藥物遞送納米轉運蛋白),該研究發現TRIDENT對病原性細菌感染異常有效,并且可以防止局部感染發展為敗血癥。


重慶大學等開發新型納米材料用于抗菌治療


強大的抗菌效果歸因于集成的熒光監測和協同化學光熱殺滅。該研究發現由近紅外輻射產生的溫度升高不僅通過相變機制融化了納米轉運蛋白,而且還不可逆轉地破壞了細菌膜以促進亞胺培南的滲透,從而干擾了細胞壁的生物合成并最終導致細菌快速死亡。體外和體內的證據都表明,即使低劑量的亞胺培南封裝的TRIDENT都能根除臨床耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌,而僅亞胺培南的作用有限。通過封裝其他抗生素,可以將擬議的抗菌策略進一步發展為通用的抗菌平臺。


敗血癥已被公認為可能危及生命的疾病,其病死率可高達30%,嚴重的敗血癥可高達50%,敗血性休克可高達80%。敗血癥是2013年美國住院期間治療費用最高的疾病,近130萬人住院的總費用為236億美元。使用各種抗生素預防現有局部感染的傳播在降低進一步惡化的風險中起著至關重要的作用。不幸的是,預防性抗生素藥物不可避免地會增加耐多藥(MDR)或極耐藥(XDR)致病菌的發生率。根據世衛組織的統計,近80%的MDR或XDR微生物是由于全球過度使用或濫用抗生素而引起的,這些菌株的感染伴隨著嚴重的不良反應,如血栓性靜脈炎和表皮壞死溶解。因此,為了達到及時控制感染的目的,開發能夠以最小劑量的抗生素治療感染的新型抗菌方法至關重要。


重慶大學等開發新型納米材料用于抗菌治療


研究人員在NIR照射下研究了TRIDENT對抗生素敏感性大腸桿菌(E. coli)和金黃色葡萄球菌(S. aureus)的協同抗菌行為。標準板計數的結果表明,經NIR輻照的TRIDENT(即IMP / IR780 @ TRN + NIR)對兩種物種都非常有效,并且在板中幾乎沒有發現細菌菌落。用IR780 @ TRN和3×IMP(三倍于TRIDENT劑量)處理的細菌的菌落減少了40–50%,但基于理論釋放量(T-IMP)的IMP處理組未顯示明顯的抗菌能力,表明本研究中單獨使用光熱療法或高劑量的IMP不能完全殺死細菌細胞。


同時還研究了這些細菌對與研究有關的各種溫度和時間的熱響應,以闡明細菌生存力和溫度之間的聯系。在沒有近紅外輻射的情況下,在IMP @ TRN,IR780 @ TRN和IMP / IR780 @ TRN組中,菌落數量沒有明顯減少,這在NIR組中也發現。NIR輻射的TRIDENT在48 h內完全抑制了細菌的生長,從IR780 @ TRN + NIR觀察到生長減少。在其他組中未觀察到明顯的抑制作用。細菌在最初的12h內迅速生長,然后減慢速度,直至達到平穩狀態。這些結果表明,在近紅外輻射下,TRIDENT可以強烈抑制細菌的生長。


重慶大學等開發新型納米材料用于抗菌治療


總之,該研究描述了一種納米結構,即TRIDENT(受熱響應啟發的藥物遞送納米轉運蛋白),用于細菌消滅。強大的抗菌效果歸因于集成的熒光監測和協同化學光熱殺滅,研究人員發現由近紅外輻射產生的溫度升高不僅融化了納米轉運蛋白,而且還不可逆轉地破壞了細菌膜以促進亞胺培南的滲透,從而干擾了細胞壁的生物合成并最終導致細菌快速死亡。


體外和體內的證據都表明,即使低劑量的亞胺培南的TRIDENT都能根除臨床耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌,而僅亞胺培南的作用有限。由于感染部位的快速恢復和良好的生物安全性,研究人員設想了一個通用的抗菌平臺,以對抗具有多重耐藥性或極強耐藥性的細菌。


研究背景


敗血癥已被公認為可能危及生命的疾病,其病死率可高達30%。使用各種抗生素預防現有局部感染的傳播在降低進一步惡化的風險中起著至關重要的作用。不幸的是,預防性抗生素藥物不可避免地會增加耐多藥(MDR)或極耐藥(XDR)致病菌的發生率。因此,為了達到及時控制感染的目的,開發能夠以最小劑量的抗生素治療感染的新型抗菌方法至關重要。


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