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北化工 徐福建、段顺BMEMat:感染响应性多糖基载药纳米组装体用于耐药菌肺部感染双模式治疗

   日期:2024-05-16 08:36:09     来源:网络整理    作者:本站编辑    浏览:7    评论:0    

研究背景

针对细菌引起的下呼吸道感染,临床上常用全身抗生素给药进行治疗。然而,全身给药具有药物利用率低、对患者的周围组织毒副作用较大,易产生细菌耐药等特点。此外,由于下呼吸道特殊的病理环境,高效递送药物杀灭肺部黏液层和生物膜内的细菌更加具有挑战性。因此,开发有效治疗耐药细菌性肺部感染的策略显得尤为迫切。
基于此,北京化工大学徐福建教授/段顺教授团队利用带负电荷的海藻酸钠与带正电荷的抗菌聚合物季铵化聚乙烯亚胺(QPEI-C6)的静电相互作用,通过负载抗生素阿奇霉素(AZT),设计了可吸入的载药纳米组装体STQ12。通过调整纳米组装体的粒径及Zeta电位,增强了其对肺部黏液层和生物膜的穿透能力。在感染部位的微酸性环境中,纳米组装体可以响应地解体并释放AZT和QPEI-C6,降低药物在递送过程中的损失,从而实现联合杀伤多重耐药细菌,治疗下呼吸道感染。本文的共同第一作者为北京化工大学硕士毕业生韩霖和硕士生袁忠华,北京化工大学博士生吴若楠、硕士毕业生任慧敏(现为上海交通大学博士生)、硕士生宋炜卓、中石化(北京)化工研究院有限公司李杰研究员、郭照琰博士对本文亦有贡献。北京化工大学俞丙然教授对本文的原始数据进行了核对。

原文链接: 

https://doi.org/10.1002/bmm2.12082

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本文亮点

1. STQ12,是通过带负电荷的多糖和带正电荷的季铵盐聚合物之间的静电相互作用而形成的。其具有合适的粒径和表面电位,能够迅速穿透粘液层,到达感染部位。
2. 在感染部位的酸性微环境下,STQ12能够响应性地释放负载的药物和QPEI-C6,以实现对多重耐药细菌的联合抗感染治疗。
3. STQ12对多重耐药绿脓杆菌表现出强大的杀伤效果,在体外抗菌实验中的有效杀菌浓度为16 μg/mL,比单独使用AZT时显著降低了杀菌所需的药物浓度。

图文导读

图1 感染响应性多糖基载药纳米组装体的制备及其体内抗感染性能示意图

图2 纳米组装体的基础理化性质表征

图3 纳米组装体的粘液渗透能力表征

图4 纳米组装体的pH响应性表征

图5 纳米组装体的体外抗菌能力表征

图6 纳米组装体STQ12基因转录组学分析

图7 纳米组装体STQ12的体内抗感染能力表征

总结与展望

作者通过静电相互作用设计制造了一种基于感染响应的可吸入多糖载药纳米组装体STQ12,其具有良好的分散性和粘液渗透能力。在感染部位的酸性微环境中,STQ12可以响应性地释放 AZT 和 QPEI-C6实现对多重耐药细菌的联合杀菌作用。基因转录组学结果显示STQ12通过影响细菌细胞成分和代谢过程进而影响其生长。此外,其在肺部感染动物模型中显示出突出的抗感染功效,能够抑制细菌感染并缓解炎症反应。该研究提出的STQ12纳米组装体在治疗下呼吸道感染方面表现出良好的潜力,为开发高效的吸入给药体系提供了新的思路。

作者简介

徐福建

通讯作者

北京化工大学

现担任北京化工大学材料科学与工程学院院长、生物医用材料北京实验室执行主任、天然高分子医用材料教育部重点实验室主任。在Advanced Materials、JACS、Biomaterials等国际期刊发表论文300余篇,授权发明专利60余项。兼任中国人民解放军总医院客座教授,国际期刊Biomaterials Science副主编。2012年入选万人计划青年拔尖人才,2013年获得“国家杰出青年科学基金”资助,2014年获得“长江学者奖励计划特聘教授”,2021年获批科技部创新人才推进计划重点领域创新团队(生命健康材料创新团队)和万人计划科技创新领军人才,2022年获批国家自然科学基金创新研究群体项目,2023年作为负责人获批 “全国高校黄大年式教师团队”(生命健康材料教师团队)。

段  顺

通讯作者

北京化工大学

教授,博士生导师,材料科学与工程学院党委副书记、副院长,国家优青。2006年毕业于青岛科技大学制药工程/英语专业,获得工学学士和文学学士学位;2014年毕业于北京化工大学材料科学与工程专业,获得工学博士学位;2014年-2017年在北京化工大学从事博士后研究。

目前在生物医用材料北京实验室主要从事组织工程材料、抗菌/抗污/促组织修复表面功能化、自适应抗菌材料等研究。研究工作将生物医用材料与活性可控聚合方法及天然高分子材料相结合,以生物医用材料功能化表面的精确、可控构建为主要内容,在“新型抗菌材料”、“医用材料表面可控功能化”和“表面功能化的应用”三方面开展系列研究。近年来,在Advanced Functional Materials、ACS Nano等著名期刊发表学术论文70余篇,申请/授权专利20余项。主持国家自然科学基金4项、国家重点研发计划课题1项、横向项目5项,参与国家自然科学基金3项,参加国家重点研发计划2项,北京市自然科学基金重点项目2项。

担任本科生专业必修课《细胞分子生物学》、专业实验课《动物实验基本技术》、研究生课程《细胞生物学概论》《英汉翻译》《材料与化工现代研究方法》等课程授课教师。此外,担任BMEMat、ACS Infectious Diseases、《表面技术》等期刊青年编委、中国生物材料学会生物医用高分子分会秘书等社会工作。

期刊介绍

BMEMat《生物医学工程材料(英文)》是由山东大学主办,山东大学科技期刊社与Wiley出版社合作出版,山东大学晶体材料国家重点实验室(研究院)承办,山东产业技术研究院协办的国际化英文科技期刊。2022年成功入选中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目,2023年3月BMEMat 正式创刊,已被DOAJ、INSPEC数据库收录,创刊前三年 (2023-2025) 所接收的文章均无需缴纳文章出版费 (Article Publication Charges)。

刊发生物医用工程材料领域的最新和高影响力的原创性和综述性论文,接收稿件范围包括但不限于

  • 人工智能与微纳机器人

  • 组织工程与再生医学

  • 生物电子与生物传感

  • 生物成像与体外诊断

  • 分子医学与纳米医学

  • 药物缓释与肿瘤治疗

  • 基因递送与细胞调控

  • 免疫调控与纳米疫苗等

投稿网址:https://onlinelibrary.wiley.com/page/journal/27517446/homepage/author-guidelines

编辑邮箱:editorial@bmemat.com

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