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四川大學楊佼佼、梁坤能 Adv. Sci.：“排除異己”的植入體涂層 - 個性化定制細菌外膜囊泡實現選擇性抗菌

2024-08-24 來源：高分子科技

細菌感染對人類健康構成嚴重威脅，過度使用和濫用抗生素更加劇了這一問題。光熱療法 (PTT)、光動力療法 (PDT) 和季銨鹽 (QAS) 等替代抗菌療法已有報道，但這些療法的廣譜抗菌特性可能會破壞微生態平衡，從而對人體產生不良影響，如炎癥和免疫失調。因此，亟需開發一種可靠的療法，既能選擇性地抑制有害細菌，同時保留與健康相關的細菌，以確保治療細菌感染時的微生態平衡。現有的選擇性抗菌策略在以下兩個方面仍有不足：i) 僅根據細胞壁結構或對氧的敏感性來區分有益和有害細菌不夠精準；ii) 完全消滅某一類或某幾類細菌的策略可能會破壞由各種細菌共同組成的微生態平衡。團隊在前期細胞膜基抗菌材料的研究基礎上（Advanced Materials，2024，2405953；Materials Horizons，2024；Acta Biomaterialia，2024，175, 293-306；Small，2024，2311967），發現利用革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌的細菌外膜囊泡可以作為微生態調節的手段（Nano Today，2024，57，102390）。但革蘭氏陰性菌的囊泡含有大量內毒素脂多糖LPS，因此其作為生物材料的應用前景仍需進一步探索。

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，同時明顯增強親本細菌的生長。進一步分析發現OMVs 對不同細菌的能量代謝、呼吸鏈、細胞轉運過程和抗氧化水平具有不同的調控作用。值得注意的是，OMVs 涂層體外和體內實驗中均顯示出優越的生物相容性。涂層在體內細菌感染傷口模型中加劇親本細菌傷口的感染，抑制非親本細菌傷口的感染，顯示出對親本和非親本細菌的“天使與魔鬼 ”效應。因此，OMVs在精準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平衡調節。

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. 涂層的細胞毒性表征。

Figure 4. 涂層處理傷口后的組織病理學表征。

該工作以題為“Exploring Naturally Tailored Bacterial Outer Membrane Vesicles for Selective Bacteriostatic Implant Coatings”發表于《Advanced Science》。文章第一作者為四川大學華西口腔醫院2019級本科生周子琳和孫立眾醫師，通訊作者為四川大學華西口腔醫院的楊佼佼副研究員和梁坤能副教授。特別感謝四川大學生物治療全國重點實驗室周西坤研究員提供的實驗必需的材料和四川大學李建樹教授、李繼遙教授、程磊教授和羅珺副研究員的指導。本工作得到了國家自然科學基金、四川省科技廳項目、四川大學研究項目和華西口腔醫院項目的資金支持。

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

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（責任編輯：xu）

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