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上海交大劉盡堯團(tuán)隊(duì)《Sci. Adv.》:礦化涂層細(xì)菌
2023-03-22  來源:高分子科技

  細(xì)菌作為活體生物試劑,對(duì)多種疾病的治療顯示出巨大潛力。然而,細(xì)菌對(duì)外界破壞因素的不耐受性,容易導(dǎo)致其生物利用度低,進(jìn)而影響治療效果,嚴(yán)重限制了細(xì)菌生物療法的臨床轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。表面涂層方法成為解決上述問題的一種行之有效的策略,它不僅能提高細(xì)菌抵抗環(huán)境威脅的能力,還賦予其本身所不具備的多種外源性功能。通過表面涂層可有效操控細(xì)菌的生物學(xué)行為,提高其生物利用度和治療潛力。例如,他們前期通過引入保護(hù)性涂層使口服益生菌對(duì)抗生素、消化酶、膽汁酸等具有更好的抵抗性(Science Advances 2021, 7, eabf0677;Advanced Materials 2021, 33, 2007379;Science Advances 2020, 6, eabb1952; Adv. Mater. 2020, 32, 2002406Nature Communications 2019, 10, 5783)。然而,目前可同時(shí)增強(qiáng)腸道厭氧益生菌抵抗常規(guī)藥物生產(chǎn)過程中需經(jīng)歷的有氧環(huán)境、紫外輻照和酒精消殺等過程以及口服后所遭受的胃酸和膽汁酸等胃腸道苛刻條件的方法卻鮮有報(bào)道,一定程度上限制了細(xì)菌生物療法的進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。因此,迫切需要新的策略來解決上述問題。


  近日,上海交通大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究院劉盡堯課題組Science Advances發(fā)表題為“Biointerface mineralization generates ultraresistant gut microbes as oral biotherapeutics的研究論文。作者利用聚吡咯烷酮介導(dǎo)的生物界面礦化給益生菌穿上一件碳酸鈣外衣,由于涂層的物理隔離作用,封裝的益生菌可大幅度增強(qiáng)其對(duì)復(fù)雜環(huán)境的耐受性,為活體細(xì)菌口服制劑的制備提供了新途徑。研究結(jié)果表明,通過在益生菌分散液中依次滴加鈣離子和碳酸根離子,短時(shí)間內(nèi)即可在細(xì)菌表面形成碳酸鈣沉積涂層。該方法適用于不同種類的細(xì)菌菌株(包括:脆弱擬桿菌、大腸桿菌、雙歧桿菌等腸道益生菌),并且具有較高包封效率。憑借其物理隔離效應(yīng),涂層可賦予益生菌在生產(chǎn)和貯藏過程中抵抗氧氣、紫外線和酒精等破壞因素的能力,同時(shí)通過與胃酸之間的復(fù)分解反應(yīng)實(shí)現(xiàn)胃酸的快速中和以及細(xì)菌的智能釋放,且產(chǎn)生的大量鈣離子可進(jìn)一步誘導(dǎo)膽汁酸分子的聚集,使益生菌免受胃酸和膽汁酸的雙重破壞,實(shí)現(xiàn)較好的口服生物利用度。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明,口服礦化涂層益生菌后,小鼠腸道中活菌數(shù)量提高逾5倍。以DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠為動(dòng)物模型,與接受常規(guī)益生菌治療或不接受任何治療的結(jié)腸炎小鼠相比,灌胃碳酸鈣涂層益生菌可顯著恢復(fù)小鼠體重,同時(shí)顯示出優(yōu)異的炎癥緩解效果。 



  課題組博士后耿忠民(現(xiàn)為青島大學(xué)腫瘤研究院研究員)為該論文第一作者,劉盡堯研究員、曹湞萍副研究員及吳馮助理研究員為共同通訊作者。該工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、上海市探索者計(jì)劃等支持。


  論文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade0997

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