Nature子刊：罗阳/梁兴杰/郭伟圣开发新型纳米材料用于抗菌治疗

来源：iNature

败血症已被公认为可能危及生命的疾病，其病死率可高达30％。使用各种抗生素预防现有局部感染的传播在降低进一步恶化的风险中起着至关重要的作用。不幸的是，预防性抗生素药物不可避免地会增加耐多药（MDR）或极耐药（XDR）致病菌的发生率。因此，为了达到及时控制感染的目的，开发能够以最小剂量的抗生素治疗感染的新型抗菌方法至关重要。

2019年9月24日，重庆大学罗阳，国家纳米科学中心梁兴杰以及广州医科大学郭伟圣共同通讯在Nature Communications 上在线发表题为“Thermo-responsive triple-functionnanotransporter for efficient chemo-photothermal therapy of multidrug-resistantbacterial infection”的研究论文，该研究描述了一种智能的三功能纳米结构，即TRIDENT（受热响应启发的药物递送纳米转运蛋白），该研究发现TRIDENT对病原性细菌感染异常有效，并且可以防止局部感染发展为败血症。

强大的抗菌效果归因于集成的荧光监测和协同化学光热杀灭。该研究发现由近红外辐射产生的温度升高不仅通过相变机制融化了纳米转运蛋白，而且还不可逆转地破坏了细菌膜以促进亚胺培南的渗透，从而干扰了细胞壁的生物合成并最终导致细菌快速死亡。体外和体内的证据都表明，即使低剂量的亚胺培南封装的TRIDENT都能根除临床耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌，而仅亚胺培南的作用有限。通过封装其他抗生素，可以将拟议的抗菌策略进一步发展为通用的抗菌平台。

败血症已被公认为可能危及生命的疾病，其病死率可高达30％，严重的败血症可高达50％，败血性休克可高达80％。败血症是2013年美国住院期间治疗费用最高的疾病，近130万人住院的总费用为236亿美元。使用各种抗生素预防现有局部感染的传播在降低进一步恶化的风险中起着至关重要的作用。不幸的是，预防性抗生素药物不可避免地会增加耐多药（MDR）或极耐药（XDR）致病菌的发生率。根据世卫组织的统计，近80％的MDR或XDR微生物是由于全球过度使用或滥用抗生素而引起的，这些菌株的感染伴随着严重的不良反应，如血栓性静脉炎和表皮坏死溶解。因此，为了达到及时控制感染的目的，开发能够以最小剂量的抗生素治疗感染的新型抗菌方法至关重要。

研究人员在NIR照射下研究了TRIDENT对抗生素敏感性大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的协同抗菌行为。标准板计数的结果表明，经NIR辐照的TRIDENT（即IMP / IR780 @ TRN + NIR）对两种物种都非常有效，并且在板中几乎没有发现细菌菌落。用IR780 @ TRN和3×IMP（三倍于TRIDENT剂量）处理的细菌的菌落减少了40–50％，但基于理论释放量（T-IMP）的IMP处理组未显示明显的抗菌能力，表明本研究中单独使用光热疗法或高剂量的IMP不能完全杀死细菌细胞。

同时还研究了这些细菌对与研究有关的各种温度和时间的热响应，以阐明细菌生存力和温度之间的联系。在没有近红外辐射的情况下，在IMP @ TRN，IR780 @ TRN和IMP / IR780 @ TRN组中，菌落数量没有明显减少，这在NIR组中也发现。NIR辐射的TRIDENT在48 h内完全抑制了细菌的生长，从IR780 @ TRN + NIR观察到生长减少。在其他组中未观察到明显的抑制作用。细菌在最初的12h内迅速生长，然后减慢速度，直至达到平稳状态。这些结果表明，在近红外辐射下，TRIDENT可以强烈抑制细菌的生长。

总之，该研究描述了一种纳米结构，即TRIDENT（受热响应启发的药物递送纳米转运蛋白），用于细菌消灭。强大的抗菌效果归因于集成的荧光监测和协同化学光热杀灭，研究人员发现由近红外辐射产生的温度升高不仅融化了纳米转运蛋白，而且还不可逆转地破坏了细菌膜以促进亚胺培南的渗透，从而干扰了细胞壁的生物合成并最终导致细菌快速死亡。

体外和体内的证据都表明，即使低剂量的亚胺培南的TRIDENT都能根除临床耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌，而仅亚胺培南的作用有限。由于感染部位的快速恢复和良好的生物安全性，研究人员设想了一个通用的抗菌平台，以对抗具有多重耐药性或极强耐药性的细菌。

参考信息：

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12313-3