真菌性角膜炎是常見的眼科致盲性疾病,在發(fā)展中國家尤為嚴(yán)重,每年有數(shù)百萬患者因此失明。常見的致病菌包括鐮刀菌、曲霉菌和念珠菌,往往伴隨著嚴(yán)重的感染和炎癥,導(dǎo)致角膜渾濁、疼痛、前房積膿甚至角膜移植等嚴(yán)重后果。當(dāng)前臨床上主要以納他霉素、兩性霉素B等局部抗真菌藥來進(jìn)行治療,但是商品化藥物缺乏,治療效果有限,往往需要頻繁給藥而導(dǎo)致病人的依從性不佳并產(chǎn)生耐藥性。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),真菌細(xì)胞壁多糖,例如β-葡聚糖,對真菌的耐藥性起到重要作用。尤其是真菌形成生物膜之后,基質(zhì)中的胞外多糖近一步增強(qiáng)真菌對抗真菌劑的抵抗能力,比如相關(guān)報道白色念珠菌生物膜相對于游離的真菌,對臨床抗真菌藥物兩性霉素B的耐藥性提高了接近1000倍。因此,針對真菌胞外多糖這個靶點(diǎn),可以指導(dǎo)抗真菌藥物的開發(fā)和研究。
金屬基抗感染劑因其高效和多靶點(diǎn)抗菌活性而引起了廣泛關(guān)注,如蛋白質(zhì)功能干擾、活性氧(ROS)的產(chǎn)生、干擾營養(yǎng)同化等。雖然許多金屬具有很強(qiáng)的抗真菌作用,但它們的毒性仍然不容忽視,需要謹(jǐn)慎選擇。鎵(Ⅲ)(Ga(Ⅲ))具有與Fe幾乎相同的離子半徑,可以作為模仿Fe的“特洛伊木馬”,但由于三價的Ga無法在細(xì)胞中被還原,而無法取代鐵的功能性地作用。注射用硝酸鎵 (Ga (NO3)3) 已獲得 FDA 批準(zhǔn),可用于治療惡性腫瘤的高鈣血癥,在治療劑量下幾乎沒有不良反應(yīng); Ga治療藥物還通過破壞鐵代謝顯示出廣譜抗細(xì)菌活性,但對于鎵的抗真菌活性特別是在動物模型的層面上,還是有限的報道。同時,單獨(dú)使用Ga離子也會遇到真菌壁和真菌生物膜中多糖的障礙,降低其抗真菌效率。因此,通過合理的設(shè)計胞外多糖降解策略和Ga離子共遞送系統(tǒng)在治療真菌性角膜炎方面具有非?捎^的潛力。
為此,浙江大學(xué)周民研究員團(tuán)隊聯(lián)合浙大二院眼科中心、浙江大學(xué)眼科醫(yī)院姚克教授團(tuán)隊在材料領(lǐng)域頂級期刊《Advanced Materials》(IF=32.068)在線發(fā)表題為以“Visualized Gallium/Lyticase-Integrated Antifungal Strategy for Fungal Keratitis Treatment”的研究論文。該課題報道了一種可視化鎵/溶壁酶整合策略用于真菌性角膜炎治療。該策略設(shè)計的抗菌劑首先通過介孔硅載體將具有內(nèi)切葡聚糖酶和蛋白酶活性的溶壁酶高效負(fù)載在其內(nèi)部,隨后通過多巴胺將鎵離子螯合在其表面形成涂層,從而實(shí)現(xiàn)溶壁酶/鎵的整合(MLPGa)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,該策略可以有效的降解白色念珠菌細(xì)胞壁和生物膜基質(zhì)中的胞外多糖,例如β-葡聚糖,從而促進(jìn)鎵離子的滲透殺菌作用,有效的去除游離的白色念珠菌和成熟的生物膜。通過近一步的機(jī)理分析發(fā)現(xiàn),MLPGa的潛在抗真菌的途徑涉及活性氧的產(chǎn)生、干擾包括抗氧化,胞外多糖相關(guān),鐵離子利用,真菌生長發(fā)育以及毒力因子在內(nèi)的基因和代謝過程。同時,利用多巴胺和鎵離子螯合產(chǎn)生的強(qiáng)烈拉曼光譜信號,可以對鎵離子的釋放過程進(jìn)行拉曼影像可視化觀察。體外優(yōu)化的基礎(chǔ)上,白色念珠菌感染的小鼠真菌性角膜炎模型中,通過拉曼/光聲雙模態(tài)影像可視化下,表明MLPGa可以在小鼠感染角膜病灶滯留,持續(xù)釋放出鎵離子與溶壁酶。在同等的給藥劑量和頻率下,MLPGa取得了比臨床抗真菌劑兩性霉素B更佳的治療效果。通過系統(tǒng)、全面的眼部以及全身安全性評價,研究結(jié)果表明MLPGa具有很好的生物相容性,并未產(chǎn)生全身以及眼局部的毒性?偟膩碚f,本研究提供了具有轉(zhuǎn)化前景的可視化鎵/溶壁酶整合策略來治療目前臨床上難治性的真菌性角膜炎問題。
論文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202206437
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