近日，浙江大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院周民研究員團(tuán)隊和浙江大學(xué)眼科醫(yī)院、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院眼科中心姚克教授團(tuán)隊在材料領(lǐng)域頂級期刊《ACS Nano》（中科院1區(qū)，IF: 18.032）發(fā)表題為“Cell Wall Destruction and Internal Cascade Synergistic Antifungal Strategy for Fungal Keratitis”的原創(chuàng)研究論文。周民研究員、姚克教授、晉秀明教授和陳小元教授為論文的共同通訊作者。浙大二院眼科中心博士生葉洋為該文第一作者，浙江大學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院博士生何健為本文的共同第一作者。
這是周民研究員團(tuán)隊和姚克教授團(tuán)隊經(jīng)過多年緊密合作，在真菌性角膜炎新藥物研發(fā)持續(xù)發(fā)力，取得又一重要突破。在前期銅源納米材料用于眼部抗感染的研究基礎(chǔ)上（ACS Nano 2020; Theranostics 2020），聯(lián)合團(tuán)隊在充分考慮感染源的基礎(chǔ)研究特性以及轉(zhuǎn)化潛力上，針對真菌性角膜炎治療的臨床困難，通過重新設(shè)計和優(yōu)化合成方法，報道了一種新型可視化銅源異質(zhì)結(jié)納米眼用凝膠，可以依靠破壞細(xì)胞壁和內(nèi)部聯(lián)級協(xié)同策略殺滅真菌，實(shí)現(xiàn)疾病的治療(示意圖 1)。
示意圖1：可視化銅源異質(zhì)結(jié)納米眼用凝膠治療真菌性角膜炎
真菌性角膜炎是發(fā)展中國家最常見的致盲性眼病之一，在我國居感染性角膜病致盲率的首位。由于角膜外傷尤其是植物性外傷、臨床上廣譜抗菌藥物、激素等藥物的廣泛使用和隱形眼鏡的不規(guī)范配戴，真菌性角膜炎的發(fā)病率逐漸升高，病情也更加嚴(yán)重。真菌感染病程長，角膜結(jié)構(gòu)和功能受真菌菌絲侵襲，角膜穿孔率高，其治療早期主要依賴如納他霉素、兩性霉素B等局部抗真菌藥，但臨床缺乏廣譜高效的抗真菌藥物，且存在眼用劑型的生物利用度低、耐藥菌增多、需要多次頻繁用藥依從性差等缺陷，治療效果有限。此外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，真菌細(xì)胞壁對于抵御外界理化因素和產(chǎn)生耐藥性起到重要作用，在感染過程中，逐漸形成的具有三維結(jié)構(gòu)的細(xì)胞外基質(zhì)和微生物的復(fù)合物——生物膜，會進(jìn)一步產(chǎn)生滲透壁壘的作用，防止抗真菌藥物到達(dá)作用靶點(diǎn)。因此，針對真菌細(xì)胞壁與真菌生物膜等靶點(diǎn)開發(fā)新型的抗真菌藥物一直是學(xué)科領(lǐng)域研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。
本研究提出的納米抗菌劑通過氧化亞銅表面原位還原銀離子形成納米銀顆粒，組裝形成異質(zhì)結(jié)納米結(jié)構(gòu)，隨后加入對真菌細(xì)胞壁/生物膜有輔助破壞作用的EDTA分子進(jìn)行表面修飾，形成最終的AgCuE納米異質(zhì)結(jié)抗菌材料（圖1）。此后，本研究以白色念珠菌為研究對象，系統(tǒng)研究了AgCuE抗菌劑對其殺菌效果和殺菌機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在近紅外激光的輔助下，該策略可以有效破壞真菌的細(xì)胞壁，進(jìn)一步提高金屬離子/化學(xué)動力/光動力/低溫光熱的聯(lián)級協(xié)同殺菌作用，可以有效預(yù)防生物膜的形成和破壞成熟的真菌生物膜（圖2）。相關(guān)機(jī)理分析發(fā)現(xiàn)，AgCuE的潛在抗真菌的途徑涉及干擾代謝過程、抑制菌絲和生物膜形成、氧化應(yīng)激、減弱毒力因子等關(guān)鍵基因和代謝過程。
圖1：銅源異質(zhì)結(jié)納米眼用凝膠抗菌劑設(shè)計
圖2：銅源異質(zhì)結(jié)納米眼用凝膠抗生物膜作用
在體外驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，以AgCuE納米抗菌眼用凝膠的形式，在小鼠真菌性角膜炎模型中進(jìn)行驗(yàn)證。如圖3所示，AgCuE具有OCT（光學(xué)相干層析掃描成像）/PA(光聲)雙模影像功能，在感染局部可以滯留并持續(xù)釋放抗菌成份，利用OCT這一眼科常用檢查設(shè)備，可以同時監(jiān)控藥物存留時間和眼部治療效果，從而實(shí)現(xiàn)影像監(jiān)控指導(dǎo)臨床治療。在同等的給藥條件下，AgCuE取得了比臨床抗真菌劑兩性霉素B更佳的治療效果。15天時角膜恢復(fù)透明，上皮缺損愈合，感染和炎癥被有效控制，治療期間眼壓保持穩(wěn)定，病理及組織學(xué)分析發(fā)現(xiàn)治療后真菌被有效殺滅，菌絲顯著減少，組織炎癥反應(yīng)減輕。不僅治療效果優(yōu)異，AgCuE還表現(xiàn)出較好的生物相容性，并未產(chǎn)生明顯的全身以及眼局部的毒性，也未影響眼表及視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)功能，具有可觀的轉(zhuǎn)化前景來治療目前臨床上難治性的真菌性角膜炎問題。
圖3：銅源異質(zhì)結(jié)納米眼用凝膠影像監(jiān)控和真菌性角膜炎治療
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07444
近年來，浙江大學(xué)周民研究員團(tuán)隊聯(lián)合浙江大學(xué)眼科醫(yī)院、浙大二院眼科中心姚克教授團(tuán)隊，以臨床難治性感染性疾病問題為導(dǎo)向，深入開展生物材料的抗感染基礎(chǔ)與轉(zhuǎn)化研究。尤其是針對感染性疾病，發(fā)表了一系列相關(guān)研究論文【Advanced Materials 2022 (IF:32.086); ACS Nano 2022 (IF:18.027); Nano Today 2021 (IF:18.962); ACS Nano 2021 (IF:18.027); Bioactive Materials 2021 (IF:16.874); ACS Nano 2020 (IF:18.962); Biomaterials 2020 (IF:15.304); Theranostics 2020 (IF:11.60); ACS Applied Materials & Interfaces 2019 (IF:10.383); ACS Applied Materials & Interfaces 2018 (IF:10.383)】。重要的是，經(jīng)過長期臨床與基礎(chǔ)醫(yī)工交叉合作，共同研發(fā)的銅源納米眼用凝膠項(xiàng)目，已經(jīng)順利開展臨床試驗(yàn)，對感染性角膜炎提供了一種新型臨床治療技術(shù)，為患者帶來新的希望。
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院眼科中心 浙江大學(xué)眼科醫(yī)院