纳米技术对抗医院慢性细菌感染的武器

研究人员发现，医院感染的祸害之一 - 由生物组织和医疗仪器上彼此粘附的细菌形成的生物膜，使它们更难去除 - 可以通过有针对性地应用纳米粒子和热量来分散。新南威尔士大学的研究由化学工程学院副教授Cyrille Boyer和澳大利亚纳米医学中心副主任共同领导，出现在今天的Nature的开放获取期刊“ 科学报告”上。

“基于慢性生物膜的感染通常对抗生素和许多其他常规抗菌药物具有极强的抵抗力，并具有很强的逃避身体免疫系统的能力，”Boyer说。“我们的研究指出了生物膜在感染组织中的无毒扩散途径，同时也大大提高了抗生素疗法的效果。”

生物膜与80%的感染有关，在活组织上形成(例如呼吸道，胃肠道和尿道，口腔，眼睛，耳朵，伤口，心脏和子宫颈)或住在医疗设备中(例如透析导管，假体植入物)和隐形眼镜)。生物膜的形成是医院中日益增长且成本高昂的问题，产生更难以治疗的感染 - 导致慢性炎症，伤口愈合受损，快速获得的抗生素抗性和血液中感染性栓塞的传播。

它们还会导致潮湿表面结垢和腐蚀，以及敏感设备中过滤膜的堵塞 - 甚至通过在饮用水分配系统中充当病原体而对公众健康造成威胁。一般而言，细菌在生长和增殖过程中具有两种生命形式：浮游生物，其中细菌作为单独的独立细胞存在; 或者在菌落中聚集在一起作为生物膜，细菌在粘液状聚合物基质中生长，保护它们免受周围环境的影响。

急性感染主要涉及浮游细菌，通常可用抗生素治疗。然而，当细菌有足够的时间在人类宿主或非生物材料(如透析导管)内形成生物膜时，感染通常会变得无法治愈并发展成慢性状态。

尽管生物膜在17世纪首次被认可，但它们的重要性直到20世纪90年代才得以实现，当时很明显微生物更多地存在于自然界中的菌落中，这些菌落由许多不同的微生物组成，这些微生物通过其居民排泄的粘液粘附在表面上。因此开始了一场了解生物膜的全球竞赛，当时它也意识到它们是造成大多数慢性感染的原因。

新南威尔士大学团队发现如何驱逐生物膜 - 由新南威尔士大学前现在法国巴斯德研究所的Nicolas Barraud博士共同领导 - 使用机会性人类病原体铜绿假单胞菌。这是一种模式生物，其对研究人员认为适用于大多数其他细菌的技术的反应。

当生物膜想要在新的位点定殖时，它们会分散到单个细胞中，从而降低生物膜的保护作用。正是新南威尔士大学团队试图触发这一过程，使细菌再次对抗菌剂敏感。新南威尔士大学的研究小组发现，通过将氧化铁纳米粒子注入生物膜，并利用施加的磁场加热它们 - 通过将温度升高5°C或更高来诱导局部热疗 - 生物膜被触发分散。

他们使用涂有聚合物的氧化铁纳米颗粒实现了这一目标，这些聚合物有助于稳定和维持纳米粒子处于分散状态，使其成为治疗生物膜感染的理想无毒工具。“使用这些聚合物涂层的氧化铁纳米粒子来分散生物膜可能在一系列临床和工业环境中有广泛的应用，”Boyer说，他在10月被评为澳大利亚总理科学奖的年度物理科学家。“一旦分散，细菌就更容易处理 - 创造了消除顽固，抗微生物耐受的生物膜感染的潜力。”