我校“多米诺”纳米反应器用于细菌感染精准治疗
南湖新闻网讯（通讯员 吴阳 宋智勇）10月2日，我校韩鹤友教授领衔的纳米化学生物学团队在国际学术期刊Nature Communications在线发表了题为《Endogenous stimulus-powered antibiotic release from nanoreactors for a combination therapy of bacterial infections》研究论文。本研究巧妙利用α-溶血素能够在细胞膜上穿孔这一特性，通过负载抗菌药物和反应底物，仿生构建了一种类细胞膜包裹的“多米诺”纳米反应器，实现了细菌毒素触发的级联反应和药物的靶向及可控释放，并进一步刺激机体免疫反应，达到了药物治疗和免疫治疗的协调抗菌效果。
抗生素的过度使用（滥用）已成为当前全世界面临的严峻公共卫生问题，由此带来的危害是细菌产生了耐药性（即出现了“超级细菌”），造成抗生素对细菌感染治疗效果的显著下降甚至失效。为应对这一挑战，细菌耐药性的相关研究已成为当前多学科交叉研究的热点，纳米技术的引入为解决这一问题提供了新的策略。
耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是世界卫生组织确认的对人类健康构成巨大威胁的十几个抗生素“超级细菌”之一，并将其列为威胁公共卫生的六种“高度优先”病原体之一。MRSA能够分泌多种毒力因子，使其在宿主中定殖、侵袭和复制，这些毒力因子可以靶向并破坏细胞膜，并在细胞内发挥作用，并且对其靶细胞具有高度特异性。Hlα毒素（α-溶血素）是金黄色葡萄球菌分泌的一种穿孔蛋白类溶血素，损伤人和动物的红细胞、血小板，促进小血管平滑肌收缩、痉挛，导致毛细血管流阻滞和局部缺血坏死。
在一个相互联系的系统中，一个很小的初始能量可能产生一系列的连锁反应，人们把这种现象称为"多米诺"效应。在本研究中，韩鹤友教授团队巧妙利用α-溶血素能够在细胞膜上穿孔这一特性，通过负载抗菌药物和反应底物，仿生构建了一种类细胞膜包裹的“多米诺”纳米反应器，实现了细菌毒素触发的级联反应和药物的靶向及可控释放，并进一步刺激机体免疫反应，达到了药物治疗和免疫治疗的协调抗菌效果。
如图A所示，当纳米反应器处于室温（25℃）时，内层为固态的相转换材料能够很好地保护过氧化钙和抗生素（RFP）以防止其释放；当温度达到37℃（相转换温度）时，内层的相转换材料会由固态转变为液态，一旦遇到金黄色葡萄球菌，细菌分泌的毒素被纳米反应器捕获并在其表面打孔，水分子通过孔道进入纳米反应器与纳米过氧化钙反应产生过氧化氢，而过氧化氢进一步分解产生氧气会使纳米反应器体积膨胀，从而会促进抗生素的大量释放，达到抗菌，清除毒素并促进伤口愈合的效果。
示意图
与此同时，纳米反应器（图B）可以有效的吸附细菌毒素（nano-toxin），但不破坏毒素的结构和功能，同时降低毒素对细胞膜的损伤；进一步被捕获的纳米毒素，通过血液循环呈递给淋巴细胞，刺激机体产生免疫反应并分泌具有中和效应的抗体，实现了对体内毒素的有效中和，最终达到了药物治疗和免疫治疗的协调抗菌效果。
本研究是继Advanced Functional Materials, 2018, 28, 1800011；ACS applied materials & interfaces, 2019, 11, 32659等纳米材料用于超级细菌感染治疗研究的又一重要进展。
博士研究生吴阳和青年教师宋智勇博士为该论文的共同第一作者，韩鹤友教授为通讯作者。上述研究成果获得国家自然科学基金及校自主创新项目资助。
审核人：韩鹤友
论文链接：https://www_nature.gg363.site/articles/s41467-019-12233-2
