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北化徐福建/趙娜娜教授團(tuán)隊(duì) Nat. Commun.：靶向胞外聚合物基質(zhì)的Janus納米顆粒用于靈活清除耐藥細(xì)菌生物膜
2023-08-26  來(lái)源：高分子科技

  細(xì)菌感染對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，超過(guò)80%的細(xì)菌感染與生物膜有關(guān)。迫切需要安全高效的抗菌材料來(lái)對(duì)抗耐藥細(xì)菌和生物膜相關(guān)感染。與浮游細(xì)菌相比，生物膜中的胞外聚合物基質(zhì)（EPS）可以防止抗菌材料的滲透。合理設(shè)計(jì)具有靶向、滲透能力的納米顆粒用于靈活清除耐藥細(xì)菌生物膜仍然具有挑戰(zhàn)性。


  近期，北京化工大學(xué)徐福建/趙娜娜教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種可以靶向EPS的Janus結(jié)構(gòu)納米顆粒，分別實(shí)現(xiàn)耐藥細(xì)菌生物膜的消散和近紅外光響應(yīng)的光熱殺傷（圖1）。采用溫和的方法合成了一端為硒化鉍納米片（BSe）的Janus葡聚糖-硒化鉍（Dex-BSe）納米顆粒。葡聚糖賦予了Dex-BSe納米顆粒靶向、滲透、消散生物膜的能力（圖2）。與葡聚糖納米顆粒相比，Janus Dex-BSe可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的生物膜消散，通過(guò)RNA-Seq轉(zhuǎn)錄組學(xué)進(jìn)一步闡明了Dex-BSe消散生物膜的機(jī)制（圖3）。在近紅外光照下，Janus結(jié)構(gòu)的自驅(qū)運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)了Dex-BSe在生物膜中的滲透，結(jié)合葡聚糖對(duì)EPS的靶向和BSe優(yōu)異的光熱性質(zhì)，Dex-BSe可實(shí)現(xiàn)耐藥細(xì)菌生物膜的高效清除（圖4）。采用耐甲氧西林金黃色葡萄球菌感染的小鼠傷口模型（圖5）和膿腫模型（圖6）驗(yàn)證了Janus Dex-BSe靈活用于消散或光熱殺傷生物膜的能力。開(kāi)發(fā)的Janus納米平臺(tái)有望在不同抗菌場(chǎng)景中有效清除耐藥細(xì)菌生物膜。該工作以“Janus nanoparticles targeting extracellular polymeric substance achieve flexible elimination of drug-resistant biofilms”為題發(fā)表在《Nat. Commun.》上（Nat. Commun. 2023, 14, 5132）。北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生柳智文和郭康麗為本文的共同第一作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

 

圖1. 用于靈活清除生物膜的Janus Dex-BSe納米顆粒


 圖2. Janus納米顆粒用于滲透和消散生物膜


 圖3. Janus納米顆粒消散生物膜的機(jī)制


 圖4. Janus納米顆粒通過(guò)光熱作用殺菌和抗生物膜


 圖5. Janus納米顆粒用于消散傷口生物膜


 圖6. Janus納米顆粒用于光熱殺傷體內(nèi)生物膜


  原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-40830-9

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