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四川大學(xué)楊佼佼、梁坤能 Adv. Sci.:“排除異己”的植入體涂層 - 個(gè)性化定制細(xì)菌外膜囊泡實(shí)現(xiàn)選擇性抗菌
2024-08-24  來(lái)源:高分子科技

  細(xì)菌感染對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅,過(guò)度使用和濫用抗生素更加劇了這一問(wèn)題。光熱療法 (PTT)、光動(dòng)力療法 (PDT) 和季銨鹽 (QAS) 等替代抗菌療法已有報(bào)道,但這些療法的廣譜抗菌特性可能會(huì)破壞微生態(tài)平衡,從而對(duì)人體產(chǎn)生不良影響,如炎癥和免疫失調(diào)。因此,亟需開(kāi)發(fā)一種可靠的療法,既能選擇性地抑制有害細(xì)菌,同時(shí)保留與健康相關(guān)的細(xì)菌,以確保治療細(xì)菌感染時(shí)的微生態(tài)平衡。現(xiàn)有的選擇性抗菌策略在以下兩個(gè)方面仍有不足:i) 僅根據(jù)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)或?qū)ρ醯拿舾行詠?lái)區(qū)分有益和有害細(xì)菌不夠精準(zhǔn);ii) 完全消滅某一類(lèi)或某幾類(lèi)細(xì)菌的策略可能會(huì)破壞由各種細(xì)菌共同組成的微生態(tài)平衡。團(tuán)隊(duì)在前期細(xì)胞膜基抗菌材料的研究基礎(chǔ)上(Advanced Materials,2024,2405953;Materials Horizons2024;Acta Biomaterialia2024,175, 293-306;Small2024,2311967),發(fā)現(xiàn)利用革蘭氏陽(yáng)性菌金黃色葡萄球菌的細(xì)菌外膜囊泡可以作為微生態(tài)調(diào)節(jié)的手段(Nano Today,2024,57102390)。但革蘭氏陰性菌的囊泡含有大量?jī)?nèi)毒素脂多糖LPS,因此其作為生物材料的應(yīng)用前景仍需進(jìn)一步探索。


  在本研究中,他們首次將革蘭氏陰性菌大腸桿菌中提取的 OMVs 作為選擇性抗菌的功能主體,利用單寧酸作為橋梁連接 OMVs和植入體。獲得的OMVs 涂層能在體外有效抑制非親本的生長(zhǎng),同時(shí)明顯增強(qiáng)親本細(xì)菌的生長(zhǎng)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)OMVs 對(duì)不同細(xì)菌的能量代謝、呼吸鏈、細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程和抗氧化水平具有不同的調(diào)控作用。值得注意的是,OMVs 涂層體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中均顯示出優(yōu)越的生物相容性。涂層在體內(nèi)細(xì)菌感染傷口模型中加劇親本細(xì)菌傷口的感染,抑制非親本細(xì)菌傷口的感染,顯示出對(duì)親本和非親本細(xì)菌的天使與魔鬼 效應(yīng)。因此,OMVs在精準(zhǔn)選擇性抑菌方面具有巨大潛力,這種天然溫和的界面修飾策略也有望用于微生態(tài)平衡調(diào)節(jié)。


Figure 1. 涂層的物化表征。


Figure 2. 涂層的選擇性抑菌能力表征。


Figure 3. 涂層的細(xì)胞毒性表征。


Figure 4. 涂層處理傷口后的組織病理學(xué)表征。


  該工作以題為“Exploring Naturally Tailored Bacterial Outer Membrane Vesicles for Selective Bacteriostatic Implant Coatings”發(fā)表于《Advanced Science》。文章第一作者為四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院2019級(jí)本科生周子琳孫立眾醫(yī)師,通訊作者為四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院的楊佼佼副研究員和梁坤能副教授。特別感謝四川大學(xué)生物治療全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周西坤研究員提供的實(shí)驗(yàn)必需的材料和四川大學(xué)李建樹(shù)教授、李繼遙教授、程磊教授和羅珺副研究員的指導(dǎo)。本工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、四川省科技廳項(xiàng)目、四川大學(xué)研究項(xiàng)目和華西口腔醫(yī)院項(xiàng)目的資金支持。


  全文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202405764

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