科学家为协同根除抗生素耐药性生物膜提供新思路

近日，四川大学华西医院超声医学科教授邱逦、高分子科学与工程学院程冲研究员医工交叉团队在国际期刊《先进材料》发表研究文章。该研究受噬菌体生物结构和功能的启发，构建了一种尖刺状Ir@Co₃O₄（S）颗粒，其能够作为人工噬菌体协同根除抗生素耐药性生物膜。此外，该研究所提出的“穿透和根除”治疗策略为推进顽固性感染伤口的治疗和其它抗生素耐药性生物膜感染相关疗法提供了一条新的途径。

抗生素耐药病原体的出现和蔓延已经被确认为全球公共卫生危机，大大增加了发病率和死亡率。值得注意的是，约80%的顽固和难治性感染与生物膜形成密切相关。相较于浮游细菌，生物膜含有密集的胞外多聚物屏障（EPS）和富含酸度和H₂O₂的生物膜微环境（BME），这可以有效保护细菌免受宿主免疫防御的攻击，并阻碍抗菌剂的渗透。此外，生物膜可以改变包裹细菌的表型并刺激持久性细菌的形成，从而给目前的抗菌治疗带来了巨大的挑战。因此，迫切需要创新策略来实现BME自适应的全阶段根除耐药细菌生物膜。

为此，研究团队设计并构建了一种尖刺状Ir@Co₃O₄（S）颗粒，能够作为人工噬菌体协同根除抗生素耐药性生物膜。研究工作表明，得益于丰富的纳米尖刺和高活性Ir催化位点的协同效应，合成的尖刺状Ir@Co₃O₄（S）人工噬菌体可以同时实现高效的生物膜积累、EPS渗透和卓越的BME自适应ROS生成。系统的体外研究表明，人工噬菌体可以诱导孔结构，促进原位ROS递送并增强生物膜根除。此外，转录组学研究证明，人工噬菌体的积累阻碍了细菌对EPS的附着，破坏了细菌环境的维持，并通过下调细菌内外环境的生物合成和保护相关基因，以促进生物膜的分散和根除。体内研究表明，人工噬菌体可以根除MRSA生物膜并加速伤口愈合，其治疗效果与万古霉素相当。

基于此，研究提出的具有协同“渗透和根除”能力和显著ROS催化活性的尖刺人造噬菌体的设计，不仅为治疗抗生素耐药性生物膜诱导的顽固性感染伤口提供了潜在的策略，而且还为实现仿生型非抗生素杀菌开辟了新的途径。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202404411

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