創(chuàng)新
近日，浙江大學附屬二院眼科中心雙聘研究員周民團隊和姚克教授團隊在材料領域頂級期刊《Advanced Materials》（中科院1區(qū)，IF: 32.086）發(fā)表題為“Visualized Gallium/Lyticase-Integrated Antifungal Strategy for Fungal Keratitis Treatment”的原創(chuàng)研究論文。周民研究員和姚克教授為論文的共同通訊作者。浙江大學轉化醫(yī)學研究院博士生何健為該文第一作者，浙大二院眼科中心博士生葉洋和轉化院博士生張東曉為本文的共同第一作者。該研究報道了一種可視化鎵/溶壁酶整合策略，通過共遞送破壞細胞壁和生物膜的胞外多糖協(xié)同Ga離子殺滅真菌，用于真菌性角膜炎治療 (示意圖 1)。
示意圖1: 可視化鎵/溶壁酶整合策略治療真菌性角膜炎
01
研究背景
真菌性角膜炎是發(fā)展中國家最常見的致盲性眼病之一，隨著臨床上廣譜抗菌素、糖皮質激素等藥物的廣泛使用，真菌性角膜炎的發(fā)病率逐漸升高，病情也更加嚴重。真菌感染起病緩慢、病程長，角膜結構和功能受真菌菌絲侵襲，角膜穿孔率高達30%以上。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，相關研究發(fā)現(xiàn)，真菌細胞壁的胞外多糖，例如β-葡聚糖等對抗真菌劑的耐藥性起到重要作用。特別是感染過程中，逐漸形成的真菌生物膜中的胞外多糖，會進一步產生滲透壁壘的作用，螯合抗真菌藥物，防止其到達作用靶點。因此，針對真菌細胞壁與真菌生物膜共有的胞外多糖這個靶點開發(fā)新型的抗真菌藥物一直是學科領域研究重點。
02
研究結果
該整合策略抗菌劑首先利用超聲震蕩的方法快速高效的將具有內切葡聚糖酶和蛋白酶活性的溶壁酶負載到多孔硅納米載體上，之后利用多巴胺的附著能力，將鎵離子（Ga）螯合并組裝在多孔硅載體的表面，形成最終的溶壁酶/鎵整合抗菌劑(MLPGa)。如圖1所示，在豐富孔道的納米多孔硅上可以看到明顯的Ga元素信號。同時，負載螯合Ga離子之后，產生了多個強烈的拉曼光譜峰，為之后可視化的監(jiān)測Ga離子的釋放行為提供了便捷的途徑。此后，本研究以白色念珠菌為研究對象，系統(tǒng)研究了MLPGa抗菌劑對其殺菌效果和殺菌機理。實驗結果顯示，該策略可以有效的降解白色念珠菌細胞壁和生物膜基質中的β-葡聚糖等胞外多糖，從而進一步提高Ga離子的殺菌作用，可以有效的去除游離的白色念珠菌和成熟的真菌生物膜（圖2）。相關機理分析發(fā)現(xiàn)，MLPGa的潛在抗真菌的途徑涉及活性氧的產生、干擾包括抗氧化，胞外多糖相關，鐵離子利用，真菌生長發(fā)育以及毒力因子等基因和代謝過程。
圖1: 鎵/溶壁酶整合抗菌劑設計
圖2: 鎵/溶壁酶整合抗菌劑降解胞外多糖和抗生物膜作用
在體外驗證的基礎上，同時以MLPGa納米抗菌眼藥水的形式，在小鼠真菌性角膜炎模型中進行驗證。如圖3所示，利用MLPGa中多巴胺本身的光聲以及Ga螯合的拉曼進行雙模態(tài)影像監(jiān)控，表明MLPGa可以在感染眼部有效滯留和持續(xù)釋放。在同等的給藥條件下，MLPGa取得了比臨床抗真菌劑兩性霉素B更佳的治療效果。15天時角膜恢復透明，上皮缺損愈合，感染被有效控制，治療期間眼壓保持穩(wěn)定，病理及組織學分析發(fā)現(xiàn)治療后真菌被有效殺滅，組織炎癥細胞和炎癥因子大量減少。不僅治療效果優(yōu)異，MLPGa還表現(xiàn)出較好的生物相容性，并未產生明顯的全身以及眼局部的毒性，具有可觀的轉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: 可視化鎵/溶壁酶整合抗菌劑影像監(jiān)控和真菌性角膜炎治療
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202206437.
總結
近年來，浙江大學轉化院研究員周明團隊聯(lián)合浙大二院眼科中心姚克教授團隊，以臨床難治性感染性疾病問題為導向，深入開展生物材料的抗感染應用與基礎研究。尤其是針對眼部感染疾病，前期研究的銅源納米眼用凝膠項目，已經順利開展臨床試驗，對感染性角膜炎取得了較好的治療效果。同時也發(fā)表了一系列相關研究論文供參考(Nano Today 2021；ACS Nano 2021; Bioactive materials 2021; ACS Applied Bio materials 2021;ACS Nano 2020; Biomaterials 2020; Theranostics 2020；ACS Applied Materials & Interfaces 2019; ACS Applied Materials & Interfaces 2018 )。
浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院眼科中心 浙江大學眼科醫(yī)院