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研究人员使用细菌制成的纳米颗粒来对抗抗生素耐药性感染

科技 2019-09-20 09:25:57

据估计,全世界每年有70万人死于抗生素耐药性感染,包括大肠杆菌,葡萄球菌和肺炎。如果目前的趋势继续下去,一些预测称,到2050年,每年的死亡人数可能会增加到1000万,超过了所有癌症死亡人数的总和。

东北大学化学工程教授托马斯韦伯斯特说,由那些抗生素抗性细菌制造的微观颗粒可以取代传统的抗生素,为这一迫在眉睫的危机提供解决方案。

韦伯斯特和他的同事正在利用细菌生产纳米颗粒,金属颗粒的宽度在1到100纳米之间。(单根头发的宽度约为80,000纳米。)研究人员发现,这些纳米粒子在杀死用于制造它们的任何类型细胞方面特别有效,包括对传统抗生素有抗药性的细菌菌株。

“这些由生物体制造的颗粒实际上比通过合成化学制造的颗粒更好,”韦伯斯特说,他也是东北地区工程艺术的Zafiropoulo主席。“他们可以选择性地靶向制造它们的细菌或细胞。”

由于纳米颗粒尺寸小,可以通过从外部扼杀细胞或破坏细胞内部细胞功能来破坏细胞。困难的部分是确保纳米粒子只杀死他们应该的细胞。

“我们体内有很多非常好的细菌,”韦伯斯特说。“你只想杀死有害的人。”

纳米粒子通常使用化学反应合成产生。但是,通过给细菌或其他细胞喂食正确的化合物,研究人员已经能够利用细胞的内部机制来合成纳米粒子。

虽然研究人员不确定为什么这些纳米粒子专门针对他们的创造者,但韦伯斯特实验室的博士生David Medina表示,细菌可能误认为纳米粒子是“友好的”。

细菌细胞能够彼此识别。他们可能会采取行动打击那些注册为外国的东西,但他们可以共存并与自己的种类合作。当细菌制造纳米粒子时,它们会将它们涂在薄薄的蛋白质中。蛋白质层可能使同一物种的其他细菌标记为“友好”,让纳米粒子接近。

“天然涂层来自细菌,”梅迪纳说。“他们把它拉进去,认为它与他们类似。但是,他们发现了一个惊喜。”

由于这种欺骗,麦地那将纳米粒子称为“纳米特洛伊木马”。而且,正如科学中经常发生的那样,这一发现是一次幸福的事故。

他说,韦伯斯特实验室已经使用纳米粒子工作了20年,但与大多数研究人员一样,他们通过合成化学制造这些纳米粒子。

“有时在这个过程中,你必须使用相当有毒的材料,”韦伯斯特说。当Medina在实验室开始他的博士研究时,他希望专注于更加环保的方法。“通过大卫的努力,我们是真正开创这一领域的少数几个实验室之一,我们称之为绿色纳米医学,您可以使用环保材料或生物体制造纳米颗粒。”

纳米粒子在医学和其他领域有许多潜在的用途,但麦地那决定看看他是否能够杀死细菌。他开始种植细胞集落,混合金属盐供它们加工,然后将结果纯化成纳米颗粒。然后,他将这些纳米粒子与不同种类的细菌混合,看看纳米粒子是否可以杀死它们。

有一天,他犯了一个错误。

“我真的很累,”麦地那说。“我正在准备实验,而不是将纳米粒子与不同的细菌混合,而是将它们混合在一起。”

纳米粒子对他试图测试的细菌几乎没有影响,有效地杀死了产生它们的细菌。

“大卫发现,如果我们将MRSA [抗生素抗性葡萄球菌]制成纳米粒子,纳米粒子实际上可以选择性地杀死MRSA,”韦伯斯特说。“而且我们在整个范围内都能看到这一点。如果你服用了一个乳腺癌细胞并且你编写了这个细胞来制造纳米颗粒,那么这种纳米颗粒在杀死乳腺癌细胞方面比在你体内的健康细胞更具选择性。完全出乎意料。“

这一发现已经成为麦地那博士论文的中心,可以提供一种方法来对抗越来越多的抗生素耐药性感染。研究人员还在研究如何使用这些方法设计基于纳米颗粒的癌症治疗方法。

韦伯斯特说:“我们所做的一切都是为了减少我们用来制造纳米粒子的有毒化学品的数量。” “但我们最终发现了一整套纳米粒子,这些纳米粒子实际上更有效地完成我们想做的事情:杀死细菌或杀死肿瘤细胞。”

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