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Science重磅进展,要用量子点技术增强抗生素药效
爱因斯坦 2017-10-20
导语

“这项发现使古老的抗生素焕发生机!”

当抗生素被人们滥用,超级细菌也就越来越多,面对抗药性如此强大的对手,抗生素不得不请一位大师——光敏纳米粒子打头阵。有了这种连续出击的方法,人类是不是就可以和细菌感染道永别?

图:加入光敏纳米粒子后的抗生素制剂

在面对最严重细菌感染,我们最强大的抗生素正在变得越来越无力,但是新型光敏纳米粒子可以为那些使用已久的抗生素增加一个最后搏击的机会。近期,《科学·进展》杂志发表的一篇文章指出,把量子点(一种光触发半导体纳米粒子)设计成一定的尺寸,就可以潜进细菌内部,破坏它们的细胞活动,让细菌对抗生素更敏感。

这项发现使古老的抗生素焕发生机,”研究的合作者,Colorado Boulder大学的化学和生物工程师Anushree Chatterjee说,“同时这也是一个例子,说明电子工程可以用来解决传统上只用医学解决的难题。”

抗生素——引发20世纪医药革命的感染特效药——已经被它们的敌人以策略取胜,最麻烦的菌株,或者叫做超级细菌能够抵抗20种不同的抗生素,几乎是医生医药 箱里的所有的抗生素种类。“这些细菌能制造新的酶和对策来抵抗我们用来对付它们的所有东西。”Colorado Boulder大学的化学和生物工程师PrashantNagpal说道。

抗药性的问题在医院和农场特别严重,这些场地都是超级细菌的温床,Nagpal说道,但是制药企业因为市场利润率低都不愿意推出新的更有效的抗生素。

量子点在电子工程已经实现了许多技术突破,但这是第一次把它们和抗生素结合起来,Nagpal说道,量子点能够降低细菌的防御机制,让它们更无力面对抗生素的攻击,就像是趁敌人倒下时再打架,一个“连环出击”

碲化镉量子点是一种对光很敏感的半导体材料,关键在于精确控制它们的直径在3纳米。在这个尺度,当暴露在可见光下,量子点表面的电子就会被激发,然后把电子转移到环境水中的氧气分子,氧气分子得到电子后会变成超氧化物——一种能够打乱细胞新陈代谢和细胞活动的自由基。

当超级细菌在忙着解决超氧化物时,抗生素就可以趁机杀死细菌。“这些细菌需要激活应激反应途径,”当它们暴露在高浓度的超氧自由基下,Chatterjee说道,“就需要改变新陈代谢途径来解决这种压力,当细菌这么做时,它对抗生素的抵抗力就下降了。

图:在抗药性的“超级细菌”里量子点能使细菌对抗生素更敏感

产生的超氧自由基浓度需要足够可以杀死细菌又不能影响人体细胞,Nagpal说道,“我们的细胞可以忍受10倍以上浓度的超氧自由基,还能够保持正常,这是人体常态。”

Nagpal和Chatterjee检测了大肠杆菌和沙门氏菌,以及另一种称作克雷白式杆菌的抗药性细菌,他们先用量子点处理细菌,接着加入抗生素,发现有量子点存在的系统能够杀死比只有抗生素的系统高上1000倍的细菌。

研究者们说他们想要把量子点通过呼吸或者注射到血液里的方式引入到病人的治疗中,Nagpal说道,病人只需要去“外面散散步”,让阳光激活量子点,或者坐在明亮的房间或是穿着挂有LED灯能够发出可见光的衣服。

这样的光线能够渗入皮肤并激活人皮下0.1厘米的量子点。为了能够治疗人体更深处的感染,Chatterjee和Nagpal正在对材料进行一些改进并进行了动物测试,这样他们就能够把这项技术用于临床治疗。

即使如果他们成功了,研究人员也有可能需要准备设计新工具来对付细菌。细菌是克服阻力的大师,并很有可能会想出新方法来解决超氧化物。Nagpal说道:“我确信它们会反击。”

文章链接:

Colleen M. Courtney, et al, "Potentiating clinical drug resistant bacteria via stimuli-activated superoxide generation," Science Advances 3:e1701776. DOI: 10.1126/sciadv.1701776

(本文来源:微信公众号“创新地标”。)

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作者 爱因斯坦

科研工作者

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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