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利用光与纳米科技对抗超级细菌

作者: admin 来源: 未知


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量子点碲化镉纳米粒子的高分辨投射电子显微照片(图片右下的比例尺为2纳米,一毫米的百万分之二)。图片来源Nagpal Group, University of Colorado, CC BY-ND

 

一个新的工具可用于对抗耐药细菌性疾病。全球都在努力限制抗生素的滥用,除此之外纳米药物也是攻击这些超级细菌的另一突破口。

 

纳米粒子,其尺寸仅为一毫米的百万分之一,它运输稳定,简便,并很容易与细胞结合

最近的工作中,我所在的科罗拉多大学研究人员小组,利用了纳米量子点-具有特定光吸收性能的微半导体粒子-不破坏周围健康组织的情况下,杀死抗药超级细菌

 

最近的工作中,我所在的科罗拉多大学研究人员小组,利用了纳米量子点-具有特定光吸收性能的微半导体粒子-不破坏周围健康组织的情况下,杀死抗药超级细菌

 

一旦进入体内,量子点在被光照激活后才会有反应。任何可见光(室内光线甚至是阳光)可以使量子点激活。目前为止我们的研究主要集中在表皮的局部感染对于更深的体内,需要更强的光线或者更多的纳米粒子。

 

被光激活后,量子点会产生电子,与细胞中的溶解氧结合,生成自由基离子这些离子会阻断细胞用于通讯和基本生活功能的生物化学反应。通过这种方式我们可以定位并杀死特定的致病细菌。

 

超级细菌威胁

抗生素不仅被用于治疗活跃的细菌感染,手术中的患者及HIV或癌症等免疫系统疾病的患者也需要抗生素。

 

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超级细菌的形态:为修饰后的多重抗药性大肠杆菌的原子力显微照片。图片来源:Nagpal Group, University of Colorado, CC BY-ND

 

对不只一种抗生素具有耐药性的细菌通常被称为超级细菌,每年有超过2百万美国人感染超级细菌,其中23000人致死。在全球,每年有超过70万人超级细菌死亡。

 

英国政府研究小组的预测显示,如果不加以控制,截至2050年,超级细菌将每年夺走超过10万生命数目将超过包括糖尿病,癌症,腹泻和交通事故等所有其他主要致死因素所造成的死亡数。截至2050年,预估经济损失将达到一百万亿美元。

 

靶向定位

 

还有许多其他纳米药物可用于对抗感染性细菌。这些药物遇光后加热并杀死周围包括致病细菌在内的所有细胞。因此它们需要诸如蛋白质或者抗体等特殊的工具来帮助它们选择性地粘附特定种类的细胞上,以便运输到特定的位置。而这又需要精确识别靶细胞的能力。

 

我们的方法所做的改进就是可以准确地治疗靶细胞。不同尺寸和电性质的量子点可以产生不同的破坏性离子。这使得医生可以选择性地杀死入侵细菌而不伤害周围的健康组织。

 

激活的量子点通过扰乱致病细菌中氧化还原的化学反应平衡,从而杀死它们。

 

通过这个方法,我们仅用一个正常的灯泡就可以除去很大一部分细菌这些细菌是由科罗大多大学医学院以临床标本的形式提供给我们的。它们包括一些最危险的耐药细菌:耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌;超广谱β内酰胺酶肺炎克雷伯菌和鼠伤寒沙门氏菌耐药大肠杆菌和碳青霉烯类耐药大肠杆菌。

 

 

我们还可以合成对于光照有不同响应的纳米粒子,包括对光照无响应甚至可以提高细胞增殖纳米粒子。促进超级细菌的生长显然不是我们需要的,但这项研究可以使我们帮助有益细菌的繁殖,例如在生物反应器中,可以帮助制造生物燃料和抗生素类药品。

 

未来计划

 

目前为止我们的工作都是在实验室内的试管中,我们的下一步计划是将此技术用于动物。如果可以成功,短期及未来,这项技术可以对抗多药耐药细菌。

 

或许可以刺激一种新型光活化药物的产生,促进LED灯光治疗特殊织物的发展,甚至自表面消毒和医疗设备奠定基础

 

虽然细菌会继续进化以生存,我们一旦可以通过量子点控制特定反应,将可以使我们在于细菌的这场斗争中领先一步,毕竟,这场战役,我们只能赢。

 

作者简介:Prashant Nagpal 科罗拉多大学化学及生物工程专业的助理教授。

 

原文链接https://theconversation.com/fighting-superbugs-with-nanotechnology-and-light-53855

 

翻译:马晓彤


关于我

Prashant Nagpal

Prashant Nagpal 是科罗拉多大学化学及生物工程专业的助理教授。