pH响应性级联纳米反应器通过重塑生物被膜微环境增强ROS生成以提升细菌感染治疗效果
近日，中国医学科学院放射医学研究所作为独立完成单位在《Advanced Functional Materials》期刊发表题为“A pH-Responsive Cascade Nano-reactor Elevates ROS Generation by Remodeling Biofilm Microenvironment for Enhanced Antibacterial Treatment”的研究论文。
生物被膜是多数慢性和持续性感染的根源，对人类健康构成严重威胁。活性氧（ROS）生成平台已被广泛应用于抗击生物被膜相关感染。然而，生物被膜内缺氧及抗氧化剂过度表达等特殊微环境，严重制约了基于ROS疗法的治疗效果。为解决这一问题，杨翠红研究员团队将过氧化钙（CaO₂）和小檗碱（BBR）负载于含铁（Fe）和锌（Zn）的双金属金属有机框架（FZ）中，构建了复合型ROS纳米发生器（CBFZ）。该纳米平台能够有效重塑生物被膜微环境，进一步促进ROS生成，从而增强对生物被膜的清除作用。CBFZ在生物被膜环境中响应性释放CaO₂、Fe³⁺、Fe²⁺和BBR，其中CaO₂与H₂O反应生成O₂和H₂O₂，缓解缺氧状态；Fe³⁺消耗谷胱甘肽（GSH），调控微环境的氧化还原平衡。随后，重塑后的微环境进一步促进了O₂依赖的BBR介导光动力疗法与H₂O₂依赖的Fe²⁺化学动力疗法中的ROS生成。同时，GSH耗竭减少了ROS清除，维持了生物被膜内高水平ROS，从而实现高效杀灭包埋细菌与分散生物被膜基质，使生物被膜彻底根除。动物实验结果表明，CBFZ在小鼠皮下生物被膜感染模型中展现出显著的抗感染治疗效果。总体而言，本研究提供了一种可推广的策略，为基于ROS的细菌感染治疗开辟了新的思路。
该研究得到了国家自然科学基金、天津市自然科学基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程等项目的支持。中国医学科学院放射医学研究所宫新彦和苏林竹助理研究员为论文的共同第一作者，苏林竹助理研究员、黄帆研究员、刘鉴峰研究员和杨翠红研究员为论文的共同通讯作者。
