《Small》综述：最新纳米技术“跨越”细菌生物膜基质障碍

互推小编 2024-03-09

细菌生物膜相关的传染病严重影响人类健康。在典型情况下，病原体可以在惰性或生物表面定殖并形成生物膜。生物膜是用细胞外聚合物质 (EPS) 包裹细菌的功能性聚集体。生物膜感染治疗失败的主要原因是生物膜内治疗剂的低渗透性和富集，这是由生物膜基质屏障的特殊特征引起的，例如带负电荷的生物膜成分和高粘性紧凑的 EPS 结构。因此，开发具有增强的生物膜渗透性的新型治疗策略至关重要。近日，来自南京工业大学的杨栋梁联合董晓臣教授团队概述了提高治疗剂对生物膜基质的渗透性的纳米技术方法的当前进展。全文主要集中于纳米技术在开发能够穿透深层细菌生物膜的新型治疗剂方面的最新策略。相关论文“Recent Nanotechnologies to Overcome the Bacterial Biofilm Matrix Barriers”于2022年12月5日在线发表于杂志《Small》上。

首先，作者总结了可以增强治疗剂与生物膜内细菌或生物膜本身相互作用，进一步在一定程度上克服生物膜障碍的相关因素（图1）。这些因素主要包括：纳米粒子的大小、静电相互作用、靶向给药系统的改进、磁性材料的引入（图2）、超声驱动（图3）、光动力驱动（图4）和化学驱动。

图1 通过加强治疗药物和生物膜之间的相互作用、阻止EPS的形成或降解成熟的生物膜EPS来克服EPS障碍的策略

图2 引入磁性材料增强生物膜穿透性

图3 超声驱动增强生物膜穿透性

图4 光动力驱动增强生物膜穿透性

之后，作者介绍了通过破坏生物膜完整性提高生物膜穿透性的路径。可以为纳米粒子配备EPS降解酶或信号分子，利用相关酶分解EPS（图5）或QS信号分子诱导EPS降解或抑制EPS生成（图6）有效对抗生物膜。

图5 通过酶分解EPS提高生物膜穿透性

图6 QS信号分子诱导EPS降解或抑制EPS生成

最后，作者提到“克服EPS的障碍是设计抗生物膜治疗剂的关键”。开发具有自适应物理化学性质的纳米疗法，重塑生物膜微环境，以及使用纳米/微电机或生物/仿生纳米胶囊作为纳米载体是解决抗生物膜纳米制剂渗透性与体内循环的策略。此外，关于增强生物膜渗透性的评估必须进行更系统的体内研究。同时，为了更好地探索抗生物被膜纳米制剂和生物被膜之间的作用机制，促进抗生物被膜纳米制剂的临床应用，应构建更接近临床感染生物被膜特征的生物被膜模型，以减少偏差。为了方便以后的临床研究，治疗性纳米制剂的大规模生产迫在眉睫。

文章来源：https://doi.org/10.1002/smll.202206220

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