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安医一附院丁圣刚专家团队在细菌耐药研究上取得新进展

来源:安徽医科大学第一附属医院 时间:2021-06-02 14:36:08 作者:霍绍虎 丁圣刚

  近日,安徽医科大学第一附属医院儿科专家丁圣刚教授团队在国际期刊《应用表面科学》(Applied Surface Science)上发表论文,提出了一种新型复合抗菌纳米材料来克服细菌对抗生素产生耐药。利用氧化石墨烯(graphene oxide, GO)优异的物理和化学性能,通过渗透和插入细菌膜发挥杀菌作用。同时,在GO纳米片表面修饰阳离子聚合物以进一步促进纳米颗粒的抗菌活性。

  文章详细探讨了聚乙烯亚胺-甲基马来酸酐(PEI-CA)作为阳离子聚合物,修饰载有抗生素(阿奇霉素AZI)的氧化石墨烯纳米片AZI@GO,制备了一种协同抗菌剂AZI@GO-PEI-CA。利用CA与PEI伯胺基反应,使其在中性环境下不带电荷,极大的提高材料的生物相容性。利用在酸性条件下CA被去除,使抗菌纳米片呈现正电荷,增强了对细菌膜表面的锚定,通过GO在细菌膜表面的物理切割以破坏细菌膜完整性发挥杀菌作用,同时协助抗生素进入细菌内部发挥抑菌作用。因此,PEI-CA,AZI和GO在AZI@GO-PEI-CA纳米材料中的协同作用可以有效地杀死细菌,这种具有协同抗菌机制的多组分抗菌剂在细菌感染的治疗中非常有前途。

  图1.AZI@GO-PEI-CA在体内酸性炎症条件下从去除CA,增加正电荷密度和协同抗菌的示意图。

  图2.AZI@GO-PEI-CA的形貌、酸活化的材料表面正电荷密度增加以及细菌膜锚定。(a)GO,AZI@GO,和AZI@GO-PEI-CA的代表性SEM和TEM图像;(b)AZI@GO-PEI-CA的酸活化细菌膜锚定行为。绿色代表FITC荧光,比例尺为50µm;(c)在pH7.4和pH5.5的PBS中GO,AZI@GO和AZI@GO-PEI-CA的Zeta电位;(d)AZI@GO-PEI-CA处理2小时后,金黄色葡萄球菌或大肠杆菌的Zeta电位;(e)GO和AZI@GO-PEI-CA对红细胞的溶血性评估。

  图3. AZI@GO-PEI-CA的抗菌活性。在pH 7.4和pH 5.5条件下,用PBS、AZI(5µg/mL)、GO、AZI@GO(100µg/mL,以GO表示)和AZI@GO-PEI-CA(100µg/mL)处理4小时后的细菌SEM图像,比例尺分别为2µm和1µm。

  从SEM图中可看出,制备的GO纳米材料均为片层结构,尺寸均匀,约为200-300nm。并且在中性条件下(pH 7.4),纳米材料表面不带电荷,而在酸性条件下(pH 5.5),由于CA的去除使材料表面带正电荷,使AZI@GO-PEI-CA大量富集在细菌周围,导致细菌膜完整性破坏和细胞破裂。阳离子聚合物PEI-CA的修饰不仅降低了材料的生物毒性,而且增加了材料在细菌表面的锚定,体内外抗菌研究均表明,AZI@GO-PEI-CA具有极好的抗菌性能和体内抗感染治疗效率。

  相关论文以“Graphene oxide with acid-activated bacterial membrane anchoring for improving synergistic antibacterial performances”为题近期在线发表在《应用表面科学》(Applied Surface Science, 2021.149444),论文第一作者为安徽医科大学第一附属医院2018级硕士生霍绍虎。通讯作者为安徽医科大学第一附属医院丁圣刚主任,本研究同时得到中国科学技术大学化学与材料学院尤业字教授和中国科学技术大学生命科学院王育才教授的指导。

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.149444