近日，南京邮电大学汪联辉教授和宇文力辉副教授团队与南京工业大学杨栋梁副教授、南京大学医学院附属口腔医院牟永斌教授开展合作研究，在细菌生物膜感染治疗领域取得重要进展，提出通过增强乏氧微环境调控细菌代谢并激活药物的新型高效治疗策略。相关成果以Potentiating hypoxic microenvironment for antibiotic activation by photodynamic therapy to combat bacterial biofilm infections为题发表在国际顶级学术期刊Nature Communications（《自然·通讯》）上。
生物膜（Biofilm）是细菌等微生物在生长过程中分泌胞外聚合物（EPS）将自身包裹构成的高度组织化、系统化的多细胞群落。由于EPS对氧气扩散的阻碍，生物膜内氧气含量由外而内逐渐降低，影响细菌的代谢状态：生物膜外层的细菌代谢活性高，对抗菌药物敏感；生物膜内部的细菌代谢活性低，对抗菌药物具有较高的耐受性。由于存在代谢异质性，生物膜细菌难以通过传统药物彻底清除，容易导致顽固的慢性感染，成为医学领域的难题。
针对以上问题，汪联辉教授和宇文力辉副教授团队构建了一种由透明质酸、光敏剂二氢卟吩（Ce6）和甲硝唑（MNZ）组成的纳米试剂（HCM），用于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）生物膜感染的治疗。HCM能够在生物膜微环境中酶的作用下降解，释放Ce6和MNZ。在光照下，Ce6能够将氧气转化为活性氧，杀死生物膜表层的活性菌，并加剧生物膜的乏氧状态，诱导MRSA产生硝基还原酶，将MNZ转化为杀菌活性的咪唑片段，从而高效清除生物膜内部细菌，并抑制生物膜的再生长。以上治疗模式还可诱导巨噬细胞向M2型极化，促进伤口组织的愈合。本研究提出通过光动力治疗激活药物抗菌活性的微环境调控策略，为细菌生物膜感染高效治疗提供了新的思路。
图1 基于光动力加剧乏氧增强药物活性的细菌生物膜感染治疗示意图。
本工作得到了国家重点研发计划项目、江苏省前沿引领技术基础研究专项、江苏省自然科学基金等项目的支持。本论文第一作者为博士研究生修尉峻，共同通讯作者为汪联辉教授和宇文力辉副教授。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-31479-x
撰稿：宇文力辉 编辑：沈晶晶 审核：陈润锋