多年來,隨著抗生素的濫用,與抗生素耐藥基因相關的細菌疾病成為了危害人類健康的問題之一,因此,人們迫切需要找到一種新的細菌治療方法,能夠克服抗生素耐藥、制備復雜、成本高等缺點,取代傳統(tǒng)的抗生素療法。近年來,隨著納米生物材料的發(fā)展,納米抗菌劑的研究成為熱點,特別是含銅納米酶,它可以模擬天然酶的功能,通過催化作用產(chǎn)生活性氧(ROS),具有高效的殺菌作用。銅因其優(yōu)良的抗菌效果,在各醫(yī)療衛(wèi)生機構中應用歷史悠久。開發(fā)含銅抗菌素被認為是應對不斷加劇的全球抗生素耐藥性危機的一個潛在解決方案。含銅納米酶具有優(yōu)異的廣譜抗菌性能和低耐藥可能性,有望成為一種新型的抗菌納米酶。
近日,材料學院陳克正教授、王瑋教授與中國醫(yī)學科學院放射醫(yī)學研究所劉鑒峰研究員(材料學院特聘教授)合作,在含銅抗菌納米酶的研究方面取得重要突破,并在中科院一區(qū)Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces(影響因子8.758)發(fā)表標題為“Effective Antibacterial Activity of Degradable Copper-doped Phosphate-based Glass Nanozyme”的高水平論文,材料學院2018級碩士研究生劉一凡和聶寧為該論文的共同第一作者。
團隊成員通過簡易的水熱法制備非晶可降解含銅磷酸鹽玻璃(Cu-PBG)納米酶,該納米酶在體內(nèi)和體外對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有良好的抗菌效果。研究指出,Cu-PBG納米酶的抗菌機制是基于活性氧(ROS)風暴的產(chǎn)生和銅離子的釋放。在微酸性傷口組織中Cu-PBG納米酶表達過氧化物酶(POD)活性,通過催化H2O2分解為羥基自由基(·OH),對細菌產(chǎn)生致命的氧化應激殺傷。而在中性的生理環(huán)境中,則表達過氧化氫酶(CAT)活性,避免了氧化應激對正常組織的損傷。與傳統(tǒng)的納米酶不同,Cu-PBG納米酶由于其磷酸鹽玻璃性質(zhì),本質(zhì)上是可降解的。在微酸性和中性的生理環(huán)境中都可實現(xiàn)降解,并釋放銅離子,進一步提高了細菌殺傷效果,且避免了無機納米粒子在體內(nèi)的長期滯留,具有優(yōu)秀的生物相容性。體內(nèi)傷口愈合實驗結果也證明了其優(yōu)秀的體內(nèi)殺菌、消退炎癥、促進傷口愈合的性能。該工作合成了一種高效的含銅抗菌藥物,具有巨大的臨床轉化潛力,對探索新型含銅抗菌劑和開發(fā)新的抗菌策略具有重要意義。
文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c22746
本工作得到了國家優(yōu)青基金、國家自然科學基金、山東省自然科學基金等項目的資助。