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近日，北京航空航天大学生物与医学工程学院/医学科学与工程学院、北京生物医学工程高精尖中心、生物力学与力学生物学教育部重点实验室樊瑜波教授（通讯作者）研究团队，受病毒侵染细胞膜启发，设计和开发了一种用于治疗耐药菌和生物被膜感染的仿生脂质体材料。相关成果“Bio-inspired Peptide-conjugated Liposomes for Enhanced Planktonic Bacteria Killing and Biofilm Eradication”发表于生物材料著名期刊《Biomaterials》（IF 15.304，Q1区）。
随着抗药性菌株及新病原体的涌现，由病原体引起的传染性疾病是继癌症和心血管之后导致过早死亡的第三大病因。频繁和不规律地使用抗生素以及植介入体上细菌生物被膜的形成是引起细菌耐药性的主要原因，并逐渐成为影响人类健康的巨大威胁。目前全球新型抗生素研发停步不前，亟需开发新型且安全的给药策略以改善耐药菌和生物膜引起的感染问题。
阳离子抗菌肽（AMPs）由于其独特的非特异性细菌质膜破裂机制被认为是很有前途的抗菌药物。然而，由于其较高的细胞毒性、较低生物活性和稳定性等一系列问题阻碍了其实际应用。受到安全应用于基因治疗的细胞穿透肽（CPPs）应用的启发，研究人员选择了5个同时被认为是CPPs和AMPs的阳离子肽序列，利用仿生策略构建了一系列具有病毒样结构的阳离子肽偶联脂质体（图1），通过体外实验评估，结合分子动力学模拟计算，筛选出具备优异抗菌特性和较高生物安全性的工程化脂质体体系。结果显示，该材料显示出高效的广谱抗菌特性，10小时内对铜绿假单胞杆菌、大肠杆菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的杀灭率分别为100%、98%、89%。
图1. 工程化脂质体结构示意图及其对游离细菌和相关生物膜的抗菌作用机
针对生物膜清除实验，与对照组相比，多肽偶联的脂质体对铜绿假单胞杆菌（13%至92%）和金黄色葡萄球菌（14%至60%）两种细菌的生物膜渗透能力均有很大提升。在体外形成的导尿管细菌生物膜模型中，该材料体系对3种细菌的杀灭性能与游离细菌相同，其中对铜绿假单胞菌生物膜中细菌的清除率可高达50%。
最后，体内小鼠脓肿模型评估了该体系在体内的抗菌及抑炎效果。
综上所述，该研究从定量角度评价了多肽密度及肽种类与抗菌能力之间的相关性，并通过计算模拟与实验研究相互验证，最终确定了最佳材料体系，在增强与细菌膜结合能力的同时，生物安全性也相应有所提高。该仿生脂质体制备方法简单，既能有效保持多肽的活性，又利于实现工业化。该研究为耐药细菌感染的治疗提供了新思路，这种以抗菌肽为基础的仿生设计为下一代抗菌药物开发提供了新的治疗策略。
该研究获国家自然科学基金项目资助。北京航空航天大学为第一完成单位，助理教授周瑾（共同第一作者）、副教授贾潇凌、教授樊瑜波为共同通讯作者， 博士研究生邵晖为共同第一作者。本论文共同作者林绪波副教授、洪维礼副教授也对本论文做出了重要贡献。
文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2023.122183
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