图片来源：Kaori Serakaki/OIST
从保障食品供应到预防医院感染，与抗生素耐药细菌的斗争是一项日益严峻的挑战。一些细菌可以形成生物膜，这是数百万个单个细胞的厚聚集体，周围有保护性粘液样物质，很容易粘附在表面上。形成这种生物膜是细菌抵抗治疗的关键策略。
密集的分层菌落可以保护细菌免受免疫细胞的侵害，并降低防腐剂和抗生素的有效性。 “生物膜一旦形成，其结构就会充当屏障，使药物极难渗透并杀死细菌，”日本国立先进工业科学技术研究所 (AIST) 的首席研究员 Chisato Takahashi 博士解释道。生物膜非凡的弹性促使研究人员寻求传统抗生素之外的创新解决方案。
他们最近在期刊上发表的论文纳米级，冲绳科学技术研究所 (OIST) 和 AIST 的科学家团队开发了一种对抗耐药细菌的新方法。
为了克服传统抗生素的缺点，研究人员开发了一种独特的纳米颗粒，它结合了多种杀死细菌的机制。 “我们将银颗粒封装在 Soluplus 的聚合物壳内®并向其注入阿奇霉素（一种抗生素）。这种创新的封装策略使纳米颗粒的抗菌活性稳定且高效。”Takahashi 博士说道。
说明：银纳米颗粒与抗生素药物结合并由聚合物稳定，共同作用来破坏生物膜内细菌的传统细胞壁。图片来源：米乐m6官方网站 (AIST)。
在之前的研究中证明了这些纳米颗粒的稳定性后，是时候测试它们的有效性了。 “我们选择了两种容易引起医院获得性感染问题的众所周知的细菌：大肠杆菌和表皮葡萄球菌，”OIST 微/生物/纳米流体部门的博士后学者、该研究的第一作者 Murali Mohan Jaligam 博士说。
这些细菌因在导管和手术植入物等表面形成弹性生物膜而臭名昭著，导致人体内严重的、难以治疗的感染。抗生素专门用于去除细菌，这限制了高度细菌感染期间可用的治疗选择，当抗生素耐药性出现时，这一限制变得尤为重要。
研究人员使用扫描电子显微镜和光密度测量来观察纳米颗粒如何破坏生物膜。虽然这些方法已经很成熟，但它们可能非常耗时，并且需要用特殊染料对样品进行染色。开发激光诱导石墨烯 (LIG) 电极使团队能够克服现有的技术限制。
科学家使用了二氧化碳2-激光在聚酰亚胺片上创建电极并将其连接到测量实验过程中电化学信号变化的传感器。结果可以无线传输到研究人员的计算机。图片来源：Jaligam Murali Mohan (OIST)、Kazumi Toda Peters (OIST)、Sensit BT by PalmSens BV。
“我们创建了一种小型化、高灵敏度的 LIG 电极系统，能够实时监测细菌活动，”Jaligam 博士解释道。这些电极具有很大的表面积，为细菌提供了形成生物膜的理想基础，并且具有高导电性，因此它们可以轻松测量电荷的流动。由于腐烂的细菌产生的电化学信号与完整的细菌不同，因此电极可以随着电流的变化检测细菌细胞的损坏。这种方法比传统的评估抗菌活性的方法更快、更准确，并且无需对细菌进行染色。
“我们的 LIG 传感器技术为检测细菌污染和生物膜提供了一种可扩展且经济高效的解决方案，”沉教授指出。这些特性为电极的使用开辟了多个领域，例如癌症筛查。同样，纳米颗粒除了对抗医院获得性感染外，还有潜在用途，例如，涂覆医疗设备以防止生物膜形成。
“抗生素耐药性继续对全球健康构成严重威胁，但此类突破提供了一条充满希望的前进道路。我们的研究表明，跨学科合作研究有潜力解决我们目前在现代医学中面临的一些最紧迫和最复杂的挑战，”沉教授说。
期刊：纳米尺度
标题：增强抗菌功效：银装饰阿奇霉素注入 Soluplus 的快速分析®针对大肠杆菌和表皮葡萄球菌生物膜的纳米颗粒作者：Murali Mohan、Chisato Takahashi、Benjamin Heidt 和 Amy Q Shen
日期：2024 年 9 月 9 日
DOI：101039/D4NR02583K