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浙江大學(xué)周民/徐峰、新加坡國立大學(xué)陳小元團(tuán)隊《ACS Nano》: 超聲激發(fā)微球介導(dǎo)細(xì)菌鐵死亡治療MRSA肺炎的研究
2023-06-15  來源:高分子科技

  細(xì)菌性肺炎治療是一個具有挑戰(zhàn)性的全球性公共衛(wèi)生問題,具有很高的發(fā)病率和死亡率。耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)的出現(xiàn)和流行增加了這種疾病的威脅。除了產(chǎn)生特定的毒素外,生物膜的形成在抗菌素耐藥性中的貢獻(xiàn)也不容忽視,包裹在生物膜基質(zhì)中細(xì)菌的抗菌素抗性是浮游細(xì)菌的10-1000倍。因此,急需尋找MRSA肺炎治療的抗菌新靶點和新方法。鐵死亡是一種鐵依賴性脂質(zhì)過氧化引起的獨特細(xì)胞死亡形式,其中鐵是誘導(dǎo)鐵死亡的必要原因。Fe3O4納米粒子已被證明可以通過增加鐵水平和ROS產(chǎn)生,誘導(dǎo)鐵死亡的發(fā)生。但是,F(xiàn)e3O4在生理條件下的抗菌活性弱,而且細(xì)菌內(nèi)谷胱甘肽(glutathione, GSH)的存在可以使其免受各種氧化應(yīng)激,在一定程度上抑制了Fe3O4引起的鐵死亡。


  針對以上問題,近期,浙江大學(xué)周民研究員課題組、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院徐峰教授課題組和新加坡國立大學(xué)陳小元教授課題組聯(lián)合在國際知名期刊ACS Nano上發(fā)表文章“Hybrid Biomimetic Membrane Coated Particles-Mediated Bacterial Ferroptosis for Acute MRSA Pneumonia”(IF: 18.027)。在研究中,他們使用海藻酸鈉(SA)包裹Fe3O4肉桂醛(CA)形成顆粒,然后在其表面涂覆由紅細(xì)胞膜和血小板膜組成的混合仿生膜以獲得肺靶向抗菌顆粒(mFe-CA)(圖1,圖2)。CA可以通過消耗GSH來促進(jìn)鐵死亡的發(fā)生。此外,CA作為一種細(xì)菌群體感應(yīng)(QS)抑制劑,可以抑制QS系統(tǒng),進(jìn)一步發(fā)揮其抗菌和抗生物膜的作用。 


圖1 


圖2


  實驗結(jié)果表明,在超聲(US)刺激下,在超聲(US)的刺激下,mFe-CA可以有效釋放Fe3O4CA,從而協(xié)同誘導(dǎo)MRSA發(fā)生鐵死亡,包括大量ROS產(chǎn)生、脂質(zhì)過氧化、GSH耗竭和呼吸鏈抑制。此外,mFe-CA+US可以抑制QS系統(tǒng),去除生物膜,并降低菌株毒力。雜交膜的包被使得該微粒同時擁有了紅細(xì)胞膜和血小板膜的功能。一方面,紅細(xì)胞膜可以幫助微粒逃避巨噬細(xì)胞的吞噬,另一方面,血小板膜可以使其靶向至炎癥部位,并進(jìn)一步特異性結(jié)合耐藥菌,增強(qiáng)其肺部靶向能力。 


圖3


  在MRSA肺炎小鼠模型中, mFe-CA表現(xiàn)出良好的肺部靶向能力。mFe-CA+US治療也顯著提高了小鼠的存活率,降低了肺部細(xì)菌負(fù)荷,減輕了炎癥損傷,最終發(fā)揮治療急性MRSA肺炎的作用(圖3)。本課題設(shè)計的mFe-CA抗菌微粒生物安全性高、成本低、合成簡易快速,具有較大的臨床轉(zhuǎn)化潛力,同時,該微粒為克服微生物耐藥性和對抗生物膜相關(guān)感染開辟了新的前景,也為臨床治療急性MRSA肺炎提供了新的策略和方法。


  浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生胡惠群、華詩遠(yuǎn)分別為該論文的第一和共同第一作者。浙江大學(xué)周民研究員、浙二醫(yī)院徐峰教授、新加坡國立大學(xué)陳小元教授為論文的共同通訊作者。上述研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、浙江省重點研發(fā)計劃項目基金、浙江大學(xué)濱江研究院研發(fā)基金等項目的大力支持。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02365


  浙江大學(xué)周民團(tuán)隊近年來在生物材料在感染性疾病領(lǐng)域的臨床轉(zhuǎn)化領(lǐng)域持續(xù)開展工作,發(fā)表了一系列相關(guān)研究論文(ACS Nano 2023a; ACS Nano 2023b; Research 2023; Advanced Materials 2022; Nano Today 2022; Biomaterials 2022; ACS Nano 2021; Bioactive materials 2021; ACS Nano 2020; Biomaterials 2020; Theranostics 2020; ACS Applied Materials & Interfaces 2019; ACS Applied Materials & Interfaces 2018 )。前期團(tuán)隊自主研發(fā)的抗感染凝膠項目,已經(jīng)順利開展臨床試驗,已治愈多位患者,有望推出新一代臨床應(yīng)用新藥。
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