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西工大李鵬/王騰蛟團隊《J. Control. Release》:生物被膜微環(huán)境響應(yīng)一氧化碳釋放膠束
2023-04-24  來源:高分子科技

  作為內(nèi)源性氣體信號分子之一,一氧化碳(CO)因其顯著的抗菌、消炎等生理調(diào)節(jié)功能深受關(guān)注。在抗菌領(lǐng)域,CO自由擴散進入細菌細胞膜,通過抑制細菌呼吸鏈等方式誘導(dǎo)細菌死亡。同時,CO信號分子可以提升抗生素抗菌效果,增加藥物利用率。然而,直接吸入式CO氣體療法生物安全性低并且難以實現(xiàn)病灶特異性遞送,限制了CO抗菌療法的廣泛使用。因此,研究者們通過物理負載或化學鍵合的方法將CO供體(CORM)整合入高分子納米材料中,以實現(xiàn)納米藥物的病灶富集、病理微環(huán)境響應(yīng)的CO釋放,從而有效延長CO的作用時間并提高治療效果。


  據(jù)報道,細菌感染形成生物被膜是導(dǎo)致抗生素耐藥性的主要原因之一。生物被膜形成的屏障作用會顯著降低抗生素對內(nèi)部細菌的殺傷,因此構(gòu)建可精確遞送至生物被膜的藥物遞送系統(tǒng)是降低其耐藥性的關(guān)鍵。與健康組織不同,細菌生物被膜在病灶周圍形成具有低pH、高濃度過氧化氫和谷胱甘肽表達等特征的感染微環(huán)境,可以用于構(gòu)筑靶向生物被膜感染病灶的智能藥物遞送系統(tǒng)。因此,西北工業(yè)大學柔性電子研究院李鵬/王騰蛟團隊開發(fā)了一種生物被膜微環(huán)境響應(yīng)CO釋放膠束(pCORM),通過CO與抗生素共遞送,實現(xiàn)CO增敏傳統(tǒng)抗生素對抗耐藥菌生物被膜感染的研究(圖1)。 


1: 生物被膜微環(huán)境響應(yīng)pCORM的制備及其用于增強阿米卡星在生物被膜相關(guān)感染中的療效示意圖


  在這一項工作中,團隊首先運用可逆加成-斷裂連轉(zhuǎn)移RAFT聚合制備了含丙烯酰嗎啉和丙烯酰胺苯硼酸結(jié)構(gòu)單元的雙嵌段共聚物,利用含L-Dopa的羰基釕CORM與苯硼酸形成pH響應(yīng)苯硼酸酯鍵將其負載于共聚物上,進一步通過自組裝制備pCORM,實現(xiàn)了生物被膜微環(huán)境響應(yīng)的CO釋放。當pCORM與亞抑制濃度Ami聯(lián)用時,pCORM能顯著增強Ami的抗菌性能,并在體內(nèi)生物被膜傷口模型中表現(xiàn)出優(yōu)異的治療效果。


 2pCORM體外抗菌性能:A–B) 不同濃度pCORM在不同pH下針對MRSAESBL-E. coli 的抗菌效果;C–D) 涂布平板菌落和細菌SEM結(jié)果;E-F) pCORM聯(lián)合不同類型亞抑制濃度抗生素對MRSAESBL-E. coli 的抗菌效果


  選擇兩種具有代表性的耐藥菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSAextended-spectrum β-lactamases-producing Escherichia coli, ESBL-E. coli分別考察pCORM在不同pH下的體外抗菌性能。結(jié)果表明,在模擬生物被膜微環(huán)境的微酸性pH下,pCORM對兩種耐藥菌均展現(xiàn)出顯著增強且濃度依賴性的殺菌效果。除此之外,通過評價10 μM pCORM 與亞抑制濃度的不同類型抗生素(β-內(nèi)酰胺類,甲氧西林和氨芐西林;喹諾酮類,左氧氟沙星;氨基糖苷類,阿米卡星)的聯(lián)用效果,發(fā)現(xiàn)pCORM能夠使氨基糖苷類Ami對抗兩種耐藥菌的效果顯著增強。因此相比傳統(tǒng)的抗生素療法,這種高分子納米材料能夠通過感染部位富集,響應(yīng)性釋放,提高抗生素療效等多種途徑增強對耐藥菌生物被膜相關(guān)感染的治療效果,為緩解細菌耐藥性危機提供了新思路。


  相關(guān)工作以Biofilm microenvironment-responsive polymeric CO releasing micelles for enhanced amikacin efficacy為題發(fā)表在《Journal of Controlled Release》上。西北工業(yè)大學柔性電子研究院李鵬教授、王騰蛟副教授為本文的共同通訊作者,2019級博士研究生周倩王騰蛟副教授為共同第一作者。該工作得到國家自然科學基金、陜西省自然科學基礎(chǔ)研究計劃等項目的支持。


  論文信息:Qian Zhou, Tengjiao Wang*, Kunpeng Li, Shanyu Zhang, Kun Wang, Weilin Hong, Rongjun Liu, Peng Li*. Biofilm microenvironment-responsive polymeric CO releasing micelles for enhanced amikacin efficacy. Journal of Controlled Release, 2023, 357, 561-571.

  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2023.04.025

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(責任編輯:xu)
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