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先导医学与前沿技术研究所在治疗难治性内植物相关感染机制研究方面取得重要进展

日期:2024/1/10来源:

近日,合肥综合性国家科学中心大健康研究院先导医学与前沿技术研究所、中国科大附一院骨科朱晨教授团队在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》(IF=19.0)上发表题为“Biomimetic metal-organic framework combats biofilm-associated infections via hyperthermia-enhanced bacterial metabolic interference and autophagy-promoted adaptive immunity”的研究论文。

与普通的细菌感染不同,由于生物膜内的细菌代谢比浮游细菌更稳定,因此对外部干扰也更具抗性。而生物膜微环境(BME)也能抑制外周免疫细胞的功能,例如使抗原呈递细胞(APCs)无法有效呈递抗原,导致宿主免疫激活能力失调。此外,BME中高浓度的局部H2O2、各种代谢毒素和偏酸微环境会进一步加重生物膜相关感染(BAIs)区域的免疫紊乱。为此,通过开发一种具备温和光热(mPTT)增强细菌代谢干扰协同自噬促进适应性免疫激活的强大联合治疗策略来彻底根除BAIs。继承了巨噬细胞对于BAIs靶向性的USPM可以靶向聚集到BAIs区域,BME的酸性环境会触发Se的释放。而近红外诱导的mPTT可以疏松生物膜结构,进一步促进Se的渗透,并迅速与还原性物质反应生成H2Se。由于Se与S的同源相似性,H2Se可以抑制细菌的正常代谢过程,尤其是S相关代谢过程,进而破坏生物膜代谢稳态。重要的是,USPM可以促进巨噬细胞的极化与自噬上调,使之可以有效地吞噬从破坏的生物膜中释放出来的细菌相关抗原(BAA),并随之分解吞噬的胞内菌,形成低毒性抗原。最后,这些经过降解的BAA将被递送至适应性免疫细胞,产生生物膜特异性免疫应答并逆转BAIs诱导的免疫抑制。此外,USPM可以吸附BAIs中炎症环境的内毒素,一定程度上减少BAIs中的有毒化学物质,进一步促进BME的逆转。

朱晨教授团队首次在抗生物膜相关感染的研究中应用仿生纳米球同时实现了细菌代谢干扰和自噬促进的生物膜适应性免疫激活,并在体内观察到USPM激活的适应性免疫应答,这为治疗难治性BAIs及其诱导的局部免疫抑制提供了一种强大的多模式联合治疗新策略。


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示意图


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USPM诱导细菌代谢破坏疗法的机制


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USPM对巨噬细胞极化吞噬和自噬作用的影响


中国科学技术大学临床医学院/附属第一医院临床医学硕士研究生胡先粒、临床医学博士研究生马锐祥为本文共同第一作者。文章的通讯作者是大健康研究院先导医学与前沿技术研究所、中国科学技术大学第一附属医院骨科的朱晨教授、苏政研究员和上海市第六人民医院朱万博博士。本研究工作得到了国家自然科学基金、大健康研究院研究基金、安徽省科研成果汇编项目、安徽省重点研发计划-临床医学研究转化专业的支持。

 

文章链接:Article DOI: 10.1002/adfm.202310509

 


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