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浙江大學(xué)周民團(tuán)隊(duì)《Adv. Sci.》:吸入式納米粒子誘導(dǎo)細(xì)菌銅死亡用于感染性肺炎治療
2025-02-27  來源:高分子科技

  抗菌藥物耐藥性的不斷加劇以及細(xì)菌高致病性的存在,使得由耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)和銅綠假單胞菌(PAO1)引發(fā)的感染問題愈發(fā)復(fù)雜,且死亡率居高不下。細(xì)菌性肺炎因其較高的死亡率和發(fā)病率,被視為一個重要的公共衛(wèi)生問題。肺部吸入是一種通過咽喉和支氣管進(jìn)行藥物遞送的非侵入性方法。吸入療法能夠有效控制藥物在肺部的給藥劑量,并最大限度地減少全身副作用,在治療多種肺部疾病,如肺結(jié)核、哮喘、慢性阻塞性肺疾病和肺部感染等方面具有巨大潛力。然而,在肺部給藥的情況下,藥物需要穿透包裹肺黏膜的黏液層才能實(shí)現(xiàn)吸收。


  銅作為對人體健康至關(guān)重要的微量元素,具有劑量依賴性的抗菌特性和細(xì)胞毒性,常被用于對抗多種微生物,包括革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌和真菌。細(xì)胞內(nèi)銅離子的異常積累會干擾三羧酸循環(huán)(TCA)中的脂;煞郑罱K引發(fā)蛋白質(zhì)毒性應(yīng)激和細(xì)胞死亡。然而,銅離子引起的重金屬毒性對肝臟和腎臟具有明顯的毒性作用,限制了其在全身給藥中的應(yīng)用。因此,本研究旨在探究通過氣道給藥方式,銅基材料在治療急性細(xì)菌性肺炎方面的潛力。


  近日,浙江大學(xué)周民教授團(tuán)隊(duì)在感染性急性肺損傷治療方面取得新進(jìn)展,在國際知名學(xué)術(shù)期刊Advanced Science 期刊發(fā)表了題為:Mucous Permeable Nanoparticle for Inducing Cuproptosis-Like Death In Broad-Spectrum Bacteria for Nebulized Treatment of Acute Pneumonia 的研究論文。該研究開發(fā)了一種新型納米粒子Cu2O-BSO NPs用于治療急性肺炎,通過誘導(dǎo)細(xì)菌發(fā)生類似銅死亡(cuproptosis)來對抗廣譜細(xì)菌感染。


圖1. Cu2O-BSO用于急性肺炎的抗菌和治療示意圖


圖2.Cu?O - BSO NPs的肺部滯留和黏膜穿透能力


  小動物成像結(jié)果表明,Cu?O - BSO NPs在肺部的具有較高的滯留時(shí)間,能夠在肺部停留超過48 h。表明Cu?O - BSO NPs具有出色的肺部黏附性。人工黏液模型表明PEG顯著增強(qiáng)了黏膜穿透能力。使用transwell檢測穿透的銅離子含量,以量化黏膜穿透能力。與之前的結(jié)果相似,Cu?O - BSO NPs組有更多的銅離子穿透,表明其具有最強(qiáng)的黏膜穿透能力。結(jié)果顯示,Cu?O - BSO NPs在肺部表現(xiàn)出良好的滯留性和黏膜穿透性,為其在肺部感染治療中發(fā)揮作用奠定了基礎(chǔ)。


圖3. Cu?O-BSO NPs 導(dǎo)致MRSA銅死亡機(jī)制分析


  文章對Cu?O-BSO NPs 對 MRSA 的作用機(jī)制做了系列分析。類似銅死亡相關(guān)檢測結(jié)果表明Cu?O-BSO NPs 組有明顯的銅積累。類似銅死亡抑制實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),乙二胺四乙酸(EDTA)作為二價(jià)離子螯合劑,可與 Cu (II) 等金屬離子形成絡(luò)合物抑制金屬依賴的酶促反應(yīng),被用作類似銅死亡的抑制劑。實(shí)驗(yàn)表明 EDTA 能以濃度依賴的方式抑制 Cu?O-BSO NPs 的殺菌活性。本研究發(fā)現(xiàn) Cu?O-BSO NPs 能同時(shí)抑制呼吸鏈復(fù)合物 I、II、III 和 IV 的活性,說明其能破壞細(xì)菌呼吸鏈功能。這些結(jié)果說明, Cu?O-BSO NPs 可能介導(dǎo)細(xì)菌類似銅死亡,表現(xiàn)為 ROS 產(chǎn)生增加、GSH 穩(wěn)態(tài)破壞、脂質(zhì)過氧化以及呼吸鏈抑制。


圖4. Cu?O-BSO NPs在急性肺炎動物模型中抗菌抗炎效果分析


  Cu?O-BSO NPs 在治療急性 MRSA 肺炎方面具有顯著的抗菌和抗炎效果,能夠保護(hù)小鼠肺部免受損傷,提升小鼠生存率和預(yù)后。具體通過對小鼠肺部損傷情況、中性粒細(xì)胞浸潤指標(biāo)、炎癥相關(guān)蛋白指標(biāo)、促炎細(xì)胞因子水平、小鼠生存情況及其他相關(guān)生理指標(biāo)的檢測和分析,證實(shí)了 Cu?O-BSO NPs 在減輕肺組織損傷、減少炎癥反應(yīng)、降低炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生、提高生存率等方面的積極作用。


  然而,盡管本研究取得了一定成果,但仍存在一些局限性。例如,對于Cu?O-BSO NPs在長期治療過程中的潛在毒副作用尚未進(jìn)行全面評估,且在實(shí)際臨床應(yīng)用中的劑量精準(zhǔn)調(diào)控以及與其他治療方法的聯(lián)合使用等方面,還需要進(jìn)一步深入研究。未來的研究方向可圍繞這些問題展開。一方面,應(yīng)深入開展毒理學(xué)研究,全面評估Cu?O-BSO NPs在不同劑量、不同治療周期下對機(jī)體各組織器官的潛在影響,以確保其臨床應(yīng)用的安全性。另一方面,需進(jìn)一步探索優(yōu)化劑量方案,結(jié)合患者的具體病情、生理狀態(tài)等因素,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)給藥。同時(shí),積極研究其與其他治療手段的協(xié)同作用,如與傳統(tǒng)抗生素或免疫治療方法相結(jié)合,以提高治療效果,為解決急性細(xì)菌性肺炎這一公共衛(wèi)生難題提供更有效的策略。


  上述研究得到了國際自然科學(xué)基金、浙江省領(lǐng)軍創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)引進(jìn)計(jì)劃等基金項(xiàng)目的大力支持。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1002/advs.202408580

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