红细胞膜构建的纳米海绵:一种广谱性吸附成孔毒素的新材料

细菌分泌的成孔毒素在细菌感染和耐药等过程中起到非常关键的作用。因此,针对细菌成孔毒素的治疗方法也在不断开发。与传统抗生素治疗的方式不同,抑制细菌成孔毒素虽不直接杀灭细菌,但可以减轻成孔毒素对机体的损伤并协助机体免疫系统更好的识别和清除细菌,最终能有效规避细菌耐药的产生。目前,针对细菌成孔毒素的主要治疗策略主要有单克隆抗体和小分子抑制剂等,但是这些手段均需要依据不同成孔毒素的分子结构来定制抗毒素试剂,故不能灵活、快速地对毒素进行及时抑制和清除,进一步临床应用受到限制。为了解决这个问题,美国加州大学圣地亚哥分校的张良方教授及其研究团队在前期工作中利用小鼠来源的红细胞膜包裹纳米粒构建纳米海绵(Nanosponge, NS)来选择性的吸附对红细胞具有成孔作用的毒素而无需考虑毒素的分子结构,并证明该纳米海绵可以有效防止毒素对小鼠的损伤,提高小鼠生存率(Nature Nanotech, 2013)。为了进一步推动该类纳米海绵的临床医学转化,本研究利用人源的红细胞膜包裹纳米粒来构建人源红细胞纳米海绵(Hμman Nanosponge, hNS),并在体内外实验中系统性的研究hNS和多种成孔毒素之间的毒素中和关系,为hNS在今后临床中的应用做了重要铺垫。

研究首先制备颗粒大小均一的hNS并进行了结构表征,同时选择4种典型的成孔毒素作为研究对象,包括耐药金黄色葡萄球菌分泌的α-hemolysin (Hlα)、链球菌溶血素Streptolysin O(SLO)、利斯特菌溶血素Listeriolysin O(LLO)及蜜蜂毒Melittin。为了精确调控hNS和多种成孔毒素之间的关系,研究人员设计了一系列体外和体内试验来检测hNS的有效性和广谱性。 试验结果表明人源红细胞膜构建的纳米海绵可以高效地吸附不同种类的成孔毒素,同时也证明无论是在预混 (preincubation)还是在竞争(Competitive)的试验模式下,hNS均可以完全中和相应的毒素。除了广谱的作用效果以外,本研究的另一个亮点是根据实验数据,可以定量计算出1个人源的红细胞(hRBC)制备成hNS后,在试验条件下可以有效保护8个hRBCs免受Melittin裂解、5个hRBC免受Hlα裂解、160个hRBC免受LLO裂解及266个hRBC免受SLO裂解,即不同成孔毒素对hRBC作用机理的不同可能导致了hNS对其吸附能力的差异。如此精确的毒素—hNS关系对今后hNS的进一步临床应用有一定的指导作用。同时,本研究构建的一系列研究方法也有望应用到其他生物膜构建的纳米海绵体系研究中。相关论文在线发表在Advanced Healthcare Materials (VIP papper, http://doi.org/10.1002/adhm.201701366)上。