我国科大提出高效低毒抗菌纳米酶的构建战略

  细菌抗药性的呈现与分散严峻威胁全球公共卫生安全。据估计，在2014年全球死于抗药性细菌的人数为至少70万，而假如不马上采纳举动，这一数字在2050年可能会激增到1000万，并带来价值100万亿美元的全球经济损失。但是，令人遗憾的是，随同这场细菌抗药性危机的却是新式抗菌物研制的严峻滞后。因而，有用应对细菌抗药性问题亟需开发新式抗菌物和抗菌疗法。

  纳米酶是一类具有酶相同高效催化功能的无机纳米颗粒。其间，能够模仿氧化酶、过氧化酶等原位催化生成活性氧物种的纳米酶，被以为是一类具有宽广运用远景的新式抗菌剂。因为活性氧物种能经过氧化效果一起损坏多种对细菌细胞正常生理活动至关重要的生命物质（如核酸，蛋白，脂质），纳米酶被以为能高效铲除抗药性细菌，并能推迟细菌抗药性的呈现。但是，“成也萧何，败也萧何”。因为活性氧物种无法区别细菌和哺乳动物细胞，纳米酶失去了抱负抗菌剂所必需的选择性。

  针对这一应战，我国科学技术大学合肥微标准物质科学国家研讨中心、化学与资料科学学院的阳丽华课题组与熊宇杰团队协作，提出了构建高效低毒抗菌纳米酶的新战略。2013年至2015年间，熊宇杰团队发现在钯基金属纳米结构外表能构成具有类单线态氧的吸附态活性氧物种（J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3200；Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 3205；Adv. Mater. 2015, 27, 7025）。该类活性氧物种寿命短且吸附在金属纳米结构外表，因而有用效果半径极度有限。阳丽华课题组运用哺乳动物细胞能经过内吞吸取纳米颗粒而细菌却不能的特色，与熊宇杰团队协作提出将此类能够原位催化生成外表吸附态活性氧物种（而非自在游离态活性氧物种）的纳米颗粒用于构建高效低毒抗菌纳米酶的战略，相关研讨成果以“Surface-bound reactive oxygen species generating nanozymes for selective antibacterial action”为题、于2021年2月2日宣布在世界学术期刊《Nature Communications》上。

  为了查验这一战略是否建立，阳丽华课题组与熊宇杰团队首要规划了一系列银钯合金（AgPd）纳米笼，并从中挑选出了能高效地原位催化生成外表吸附态活性氧物种的AgPd0.38纳米笼作为模型纳米酶。体外抗菌试验成果为AgPd0.38纳米笼能借助于其外表原位生成的活性氧物种，完结对细菌包含抗药性细菌的高效铲除（在4-16ug/mL就能够完结99.9%的细菌杀灭功率），且经屡次重复运用也未见导致细菌抗药性呈现。与此一起，体外细胞毒性试验成果为AgPd0.38纳米笼对多种哺乳动物细胞均无毒性。进一步地，小鼠创伤感染模型试验成果为，AgPd0.38纳米笼的这种高效低毒抗菌性质在杂乱的生理环境中依然有用。

  图1.AgPd0.38纳米笼外表能原位生成吸附态活性氧物种，从而能高效灭菌、且对哺乳动物细胞无明显毒性。

  进一步的研讨显现，AgPd0.38纳米笼高效低毒的抗菌选择性源于以下两方面的一起效果：（1）其原位生成的活性氧物种为外表吸附态、而非自在游离态；（2）哺乳动物细胞对纳米颗粒具有内吞吸取效应，对AgPd0.38纳米笼外表附着地活性氧物种发挥了“解毒”效果，而细菌却没有内吞才能。

  不只AgPd0.38纳米笼有这种高效低毒的抗菌性质，别的两种不管化学成分、物质结构仍是所发生的吸附态活性氧物种均与AgPd0.38纳米笼明显不同的纳米酶也体现出了相似的高效低毒抗菌行为。由此可见，具有高效低毒的抗菌才能是能原位催化生成外表吸附态活性氧物种的纳米酶的一种普适性性质。

  细菌被膜（biofilm）是一种对多种抗生素具有抗药性的细菌生计形式，也是导致生物医学植入器材失效的重要原因之一。以医疗导管作为形式医疗植入器材的试验成果为，AgPd0.38纳米笼作为外表涂层润饰添加剂涂覆于本身没抗菌才能的导管外表时，不只能让所得外表高效地按捺细菌被膜的构成，并且在以导管植入细菌感染小鼠为模型的动物试验中还能下降宿主的感染相关炎性反应。

  图2.以医疗导管为形式医学植入器材、细菌感染小鼠为宿主模型的动物试验成果显现，

  在医疗导管外表润饰AgPd0.38纳米笼能使原本没有抗菌效果的导管取得按捺细菌被膜构成的才能、并有助于下降小鼠的感染相关炎性反应。

  这项作业初次提出了一种高效低毒抗菌纳米酶的构建战略，有望促进生物相容性纳米酶的运用研讨并有助于应对细菌抗药性危机。该论文的榜首作者为我国科学技术大学化学与资料科学学院博士生顶峰和邵天一，通讯作者为阳丽华副教授和熊宇杰教授。该项目研讨得到国家重点研制方案项目基金、国家自然科学基金委和教育部的赞助。该项目研讨的软X-射线成像试验在国家同步辐射试验室（线W）完结。