文献速递丨IF=15.1玉研肺部雾化给药装置助力抗菌纳米颗粒治愈细菌感染

2023-11-22 14:53:30, 玉研仪器上海玉研科学仪器有限公司

细菌感染仍然是21世纪人类健康的主要威胁之一。病原菌释放出的代谢物和毒素会引发超敏反应，从而导致组织细胞死亡、组织坏死和难以修复的伤口。目前抗生素仍然是对抗细菌感染的主要手段，而开发新的抗生素需要大量时间和高昂的费用，因此更好地利用现有抗生素是治疗细菌感染的一种更可行的方法。

在过去的几十年里，纳米载体已经被用于精确和定量地输送抗生素，以增强消除病原体的效果。然而，复杂的修饰、低载药量和载体的潜在毒性削弱了纳米疗法的整体疗效。因此，开发一种易于制备、低成本、高载药量和高效的抗生素递送系统以有效地根除细菌感染仍然是一个巨大的挑战。

最近，滨州医学院、中国医学科学院/北京协和医学院天津市生物医学材料重点实验室王伟伟团队联合西安电子科技大学邓宏章团队在国际知名期刊Chemical Engineering Journal（IF=15.1）发表一篇题为“Noncovalent co-assembly of aminoglycoside antibiotics@tannic acid nanoparticles for off-the-shelf treatment of pulmonary and cutaneous infections”的文章。氨基糖苷类抗生素（AGs）和鞣酸（TA）可以通过静电和氢键作用在水中自发共组装，形成的纳米颗粒也可作为强效抗菌剂。这一发现提供了一种简便、有效的方法来构建即用型AGs@TA纳米粒，用于临床根除细菌感染。

氨基糖苷类抗生素（AGs）显示出广谱的抗菌活性，已被广泛用于治疗皮肤和肺部感染。它们的化学结构中存在丰富的氨基和羟基，可能与其他分子发生非共价相互作用。而含有大量酚羟基的鞣酸（TA）与天然生物分子形成氢键，用于制备抗菌防污表面涂料。因此，作者假设AGs和TA也可以通过非共价相互作用（静电作用、氢键）共同组装成纳米颗粒（图1）。

图1 氨基糖苷类抗生素妥布霉素（Tob）和TA的共组装策略

实验结果表明，TA可以与广泛的AGs共组装，诱导纳米颗粒抗菌剂的自发形成。作者还通过实验和分子动力学模拟证明静电相互作用和氢键是AGs与TA自发共组装的主要原因。

为了研究AGs@TA纳米颗粒的抗菌效果，革兰阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰阴性菌铜绿假单胞菌被选定为代表菌株。用Tob@TA处理这些细菌并记录菌落变化。Tob和Tob@TA组的抗菌效力具有Tob浓度依赖性 (图2A和2B)。在相同的Tob浓度下，Tob@TA的抗菌效果显著优于Tob。令人兴奋的是，在与Tob@TA共同培养6小时后，两种细菌都已经死亡(图2C-2D)。而仅用Tob处理仍然有部分铜绿假单胞菌存活，说明Tob@TA对有Tob抗性的细菌也具有优秀的抗菌活性。

图2 Tob@TA纳米颗粒对浮游细菌的杀菌效果

为了进一步验证ToB@TA纳米粒在体内的抗菌效果，作者构建了铜绿假单胞菌感染的急性肺炎模型(图3A)。玉研仪器YAN-30012肺部雾化给药系统装载分散在PBS中的ToB@TA并进行为期五天的肺部定量雾化给药。如图3B所示，ToB@TA对铜绿假单胞菌有更好的杀菌效果。ToB@TA治疗的小鼠的体温恢复到正常范围，与未感染的小鼠相当(图3C)。后续实验和组织切片也显示ToB@TA处理的小鼠肺组织病理结构与未感染小鼠无明显差异、细菌感染消除并减轻炎症。玉研仪器YAN-30012肺部雾化给药系统在本工作中体现了其雾化给药效果好、用途多样、无创定量长期给药等优势。

图3 Tob@TA有效根除铜绿假单胞菌引起的急性肺炎

在伤口愈合过程中，微生物感染仍然是最大的障碍之一，Tob@TA悬浮液的流动性可能导致纳米颗粒从创面流失从而降低杀菌效果。抗菌水凝胶的使用可以促进伤口愈合，作者首先在明胶结构中引入TA增强了其粘附性和硬度（TA水凝胶）。为了研究Tob@TA凝胶在体内的抗菌效果和创面愈合能力，还建立了铜绿假单胞菌感染小鼠创面模型。实验结果显示，包埋在TA水凝胶中的ToB@TA纳米粒加速了铜绿假单胞菌感染后伤口愈合（图4A-C）。在第7天收集创面周围的细菌，在琼脂平板上培养。随后对菌落数量进行统计，Tob@TA-TA水凝胶处理伤口后铜绿假单胞菌残留量最低（图4D）。总体而言，Tob@TA抗菌水凝胶具有优异的粘附性能和抗菌功效，以及高细胞相容性，可能作为一种有前景的感染伤口辅料。

图4 TA水凝胶递送的Tob@TA有效消除皮肤细菌感染，促进伤口愈合

ToB@TA纳米颗粒和ToB@TA凝胶为对抗系统性或区域性细菌感染提供了一种强有力的替代方案，由于其低成本、卓越的生物安全性和显著的疗效，在临床转化方面具有很大的前景。

玉研仪器肺部雾化给药装置（Microsprayer Aerosolizer）也称作气管内雾化给药装置，是专门为小鼠、大鼠、豚鼠等小动物设计，可精确进行气管内雾化给药的装置。可将微量的液体定量通过集成在不锈钢毛细插管中的气溶胶雾化微喷头雾化，毛细插管可深入动物的气管处，实现气管内定量雾化成气溶胶给药。相较于传统口服或注射给药，药物可直接作用于肺部，适用于肺部生理、病理、药理学研究，按给药的状态不同可分为液体给药以及干粉给药。

产品特点

适用于小鼠、大鼠、豚鼠、兔子等小动物，也可定制大动物专用款；

气管内直接给药，无首关消除，药物全身效应小；

药物可为液体或干粉，满足不同需求；

微量精确给药，最小药物用量25μL（液体）；

可用于溶液、小细胞悬浮液（直径15μm以下）、均质悬浊液、粘度较低的乳浊液、干粉等给药；

90%药物雾化直径＜30μm（液体），可均匀分布于大小鼠肺部组织中；

使用方便，安全稳定，采用不锈钢材质，坚固稳定耐腐蚀；

可用于吸入毒理学、空气生物学、生物危害测试、吸入免疫、吸入治疗、药物研究、环境评价、危害评估和医学防护等诸多领域。

玉研仪器肺部雾化给药装置可提供中化所专业粒径分布测试报告，从报告中可以看到玉研仪器肺部雾化给药装置与国外进口同类产品（已停产）相比，其粒径分布高度一致。

雾化效果展示

▲雾化效果图

肺部雾化给药的优势

1.可直接将药物定量递送至肺部或以肺部为媒介。实现局部或系统疾病的治疗；

2.肺部给药可以避免肝首过效应，降低给药剂量，减少不良反应；

3.肺部给药可以快速吸收药物进入体循环，保持药物的生物活性，适用于蛋白质、多肽的给药；

4.肺部给药是一种新型的、更有效的促进药物肺内均匀分布的给药方法，只需单次雾化，且剂量能准确控制。

精彩回顾

关于玉研仪器肺部给药装置的更多应用可阅读下方推文，其主要介绍了复旦大学团队发表于Cell杂志上的论文，主要研究了一种新型SARS-CoV-2 Omicron单域抗体通过使用玉研仪器肺部雾化给药装置以雾化吸入途径的输送到小鼠肺部，为新冠的治疗提供了一种新的可能。

南通市心胸疾病重点实验室团队通过玉研仪器的肺部雾化给药装置对健康小鼠肺部定量给予博来霉素进行肺纤维化造模，同时在后续实验中使用该仪器对造模完成的肺纤维化小鼠气管喷雾装载了钩藤碱的纳米颗粒溶液，进行肺部定量给药。且实验结果最终表明装载钩藤碱的纳米颗粒发挥了抗肺纤维化的作用。

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拓展阅读

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