生物被膜是細(xì)菌在自然界生存的主要形式，65%以上的臨床感染與生物被膜相關(guān)。受細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的影響，細(xì)菌生物被膜具有與正常組織不同的特殊微環(huán)境，如酸性pH值、乏氧、高GSH濃度、過(guò)表達(dá)的特異性酶、群體效應(yīng)梯度等。生物被膜的特殊微環(huán)境對(duì)細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生、持留菌的形成等具有重要的影響。針對(duì)細(xì)菌生物被膜這一抗感染治療的難題，浙江大學(xué)計(jì)劍、金橋研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用和改造生物被膜微環(huán)境設(shè)計(jì)了一系列藥物遞送系統(tǒng)，克服細(xì)菌生物被膜耐藥性，取得了系列研究進(jìn)展：
一、利用生物被膜微酸環(huán)境設(shè)計(jì)可同時(shí)智能調(diào)控尺寸和電荷的阿奇霉素納米載體，增強(qiáng)抗生素在生物被膜中的滲透和滯留，提高阿奇霉素的抗菌性能
阿奇霉素是臨床常用的抗生素，能抑制細(xì)菌生物被膜的形成，具有優(yōu)異的殺菌效果。然而，阿奇霉素對(duì)已經(jīng)形成的生物被膜療效非常不明顯。為了提高阿奇霉素對(duì)已經(jīng)形成的生物被膜的療效，研究團(tuán)隊(duì)從共價(jià)鍵合了阿奇霉素的樹(shù)枝狀大分子PAMAM出發(fā)，設(shè)計(jì)了可同時(shí)智能調(diào)控尺寸和表面電荷的阿奇霉素納米載體，利用細(xì)菌生物被膜酸性微環(huán)境實(shí)現(xiàn)了納米粒子的尺寸由大變小和電荷由負(fù)變正，增強(qiáng)了阿奇霉素納米載體在細(xì)菌生物被膜中的滲透和滯留，并利用PAMAM提高了細(xì)菌的膜通透性，增加了細(xì)菌內(nèi)阿奇霉素的含量，提高了阿奇霉素的殺菌性能，對(duì)生物被膜的殺傷能力提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)，且減少了細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生，在小鼠的細(xì)菌性肺炎治療上取得了優(yōu)異的效果。這一抗生素遞送策略發(fā)展了提高大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素抗生物被膜能力的新方法，相關(guān)研究成果以“Size and Charge Adaptive Clustered Nanoparticles Targeting Biofilm Microenvironment for Chronic Lung Infection Management”為題在線發(fā)表在ACS Nano（DOI：10.1021/acsnano.0c00269）上，第一作者為博士生高祎璠，通訊作者為金橋副教授和計(jì)劍教授。
二、利用感染組織微酸環(huán)境設(shè)計(jì)智能納米載體，在不影響多粘菌素B殺菌性能的前提下提高其生物安全性
多粘菌素B對(duì)革蘭氏陰性菌具有非常出色的殺菌作用，被稱為預(yù)防革蘭氏陰性菌感染的最后一道防線。然而，多粘菌素B在人體內(nèi)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的腎毒性和神經(jīng)毒性，這使多粘菌素B無(wú)法進(jìn)行靜脈注射，限制了它在臨床上的應(yīng)用。針對(duì)多粘菌素B的嚴(yán)重毒副作用，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了pH敏感的殼聚糖—多粘菌素B納米復(fù)合物，通過(guò)殼聚糖的保護(hù)提高多粘菌素B的生物安全性，在感染組織酸性環(huán)境刺激下，多粘菌素B能有效釋放，發(fā)揮優(yōu)異的殺菌性能，相關(guān)研究成果以“Polymyxin B-polysaccharide?polyion?nanocomplex with improved biocompatibility and unaffected antibacterial activity for acute lung infection management”為題發(fā)表在Advanced?Healthcare Materials（2020, 9, 1901542）上，第一作者為碩士生柴夢(mèng)瑩，通訊作者為金橋副教授。
三、通過(guò)氧氣的遞送改善生物被膜乏氧微環(huán)境，克服生物被膜耐藥性
細(xì)菌生物被膜是眾多難治性感染的主要原因，能通過(guò)包括藥物外排、胞外基質(zhì)阻礙、休眠效應(yīng)、群體效應(yīng)等一系列機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)抗生素的耐藥。這些重要耐藥機(jī)制在病理學(xué)上與生物被膜的乏氧微環(huán)境存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)?；谠摬±韺W(xué)原理，研究團(tuán)隊(duì)提出了先改善細(xì)菌生物被膜乏氧微環(huán)境再用抗生素進(jìn)行治療的全新模式。通過(guò)全氟化碳脂質(zhì)體處理，有效改善了細(xì)菌生物被膜的乏氧微環(huán)境，抑制了藥物外排泵、群體效應(yīng)等耐藥相關(guān)基因的表達(dá)，克服生物被膜耐藥性，極大地提高了頭孢他啶、氨曲南等多種抗生素的殺菌效果。改善生物被膜乏氧微環(huán)境可作為一種廣譜的提高抗生素殺菌能力的新方法，將為應(yīng)對(duì)后抗生素時(shí)代細(xì)菌生物被膜耐藥性問(wèn)題提供簡(jiǎn)單而行之有效的解決方案，具有巨大的應(yīng)用潛力，相關(guān)研究成果以“Relief?of Biofilm Hypoxia Using an Oxygen Nanocarrier: A New Paradigm for Enhanced Antibiotic Therapy”為題被Advanced?Science接收（DOI: 10.1002/advs.202000398）上，第一作者為博士生胡登峰，通訊作者為金橋副教授和計(jì)劍教授。
四、通過(guò)一氧化氮改造生物被膜的高GSH微環(huán)境，協(xié)同提高光動(dòng)力學(xué)抗生物被膜能力
由于不會(huì)產(chǎn)生耐藥性，光動(dòng)力學(xué)治療在抗細(xì)菌生物被膜上具有很大的應(yīng)用潛力。然后，細(xì)菌生物被膜中高濃度的GSH會(huì)消耗光動(dòng)力學(xué)治療產(chǎn)生的活性氧而影響殺菌性能。針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了 pH響應(yīng)電荷逆轉(zhuǎn)的一氧化氮和光敏劑Ce6共傳遞納米載體，通過(guò)pH響應(yīng)電荷逆轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)納米載體的生物被膜中的高效滲透。同時(shí)，納米載體釋放的一氧化氮能消耗生物被膜中的GSH，有效避免了光動(dòng)力學(xué)治療產(chǎn)生的活性氧與GSH反應(yīng)而被消耗，提高了光動(dòng)力學(xué)清除生物被膜的能力，相關(guān)研究成果以“Surface Charge Switchable Supramolecular Nanocarriers for Nitric Oxide Synergistic Photodynamic Eradication of Biofilms”為題發(fā)表在ACS?Nano（2020, 14, 347-359）上，第一作者為博士生胡登峰和鄧永巖，通訊作者為金橋副教授和計(jì)劍教授。
