四川大学杨佼佼、梁坤能 Adv. Sci.：“排除异己”的植入体涂层 - 个性化定制细菌外膜囊泡实现选择性抗菌

2024-08-24 来源：高分子科技

细菌感染对人类健康构成严重威胁，过度使用和滥用抗生素更加剧了这一问题。光热疗法 (PTT)、光动力疗法 (PDT) 和季铵盐 (QAS) 等替代抗菌疗法已有报道，但这些疗法的广谱抗菌特性可能会破坏微生态平衡，从而对人体产生不良影响，如炎症和免疫失调。因此，亟需开发一种可靠的疗法，既能选择性地抑制有害细菌，同时保留与健康相关的细菌，以确保治疗细菌感染时的微生态平衡。现有的选择性抗菌策略在以下两个方面仍有不足：i) 仅根据细胞壁结构或对氧的敏感性来区分有益和有害细菌不够精准；ii) 完全消灭某一类或某几类细菌的策略可能会破坏由各种细菌共同组成的微生态平衡。团队在前期细胞膜基抗菌材料的研究基础上（Advanced Materials，2024，2405953；Materials Horizons，2024；Acta Biomaterialia，2024，175, 293-306；Small，2024，2311967），发现利用革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌的细菌外膜囊泡可以作为微生态调节的手段（Nano Today，2024，57，102390）。但革兰氏阴性菌的囊泡含有大量内毒素脂多糖LPS，因此其作为生物材料的应用前景仍需进一步探索。

在本研究中，他们首次将革兰氏阴性菌大肠杆菌中提取的 OMVs 作为选择性抗菌的功能主体，利用单宁酸作为桥梁连接 OMVs和植入体。获得的OMVs 涂层能在体外有效抑制非亲本的生长，同时明显增强亲本细菌的生长。进一步分析发现OMVs 对不同细菌的能量代谢、呼吸链、细胞转运过程和抗氧化水平具有不同的调控作用。值得注意的是，OMVs 涂层体外和体内实验中均显示出优越的生物相容性。涂层在体内细菌感染伤口模型中加剧亲本细菌伤口的感染，抑制非亲本细菌伤口的感染，显示出对亲本和非亲本细菌的“天使与魔鬼 ”效应。因此，OMVs在精准选择性抑菌方面具有巨大潜力，这种天然温和的界面修饰策略也有望用于微生态平衡调节。

Figure 1. 涂层的物化表征。

Figure 2. 涂层的选择性抑菌能力表征。

Figure 3. 涂层的细胞毒性表征。

Figure 4. 涂层处理伤口后的组织病理学表征。

该工作以题为“Exploring Naturally Tailored Bacterial Outer Membrane Vesicles for Selective Bacteriostatic Implant Coatings”发表于《Advanced Science》。文章第一作者为四川大学华西口腔医院2019级本科生周子琳和孙立众医师，通讯作者为四川大学华西口腔医院的杨佼佼副研究员和梁坤能副教授。特别感谢四川大学生物治疗全国重点实验室周西坤研究员提供的实验必需的材料和四川大学李建树教授、李继遥教授、程磊教授和罗珺副研究员的指导。本工作得到了国家自然科学基金、四川省科技厅项目、四川大学研究项目和华西口腔医院项目的资金支持。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202405764

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（责任编辑：xu）

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