Advanced Materials:抗菌新利器-可替代抗生素的纳米材料

细菌感染是导致死亡的主要诱因之一,人类与细菌的博弈有悠久的历史。抗生素能有效地控制细菌感染,故被誉为“医学皇冠上的一颗明珠”。然而,细菌“与时俱进”地发展出抗药性,而抗生素的滥用以及新抗生素研发的滞后,导致人类可能面对无药可医的境地,细菌感染再次成为日益严重的威胁公共卫生安全的危机。根据世界卫生组织的预测,到2050年,细菌感染引起的死亡人数将超过癌症的致死人数。面对细菌肆虐生长的严酷现实和抗生素失效前所未有的困境,科学家们在不同领域开展替代抗生素的抗菌研究,例如寻找天然抗菌化合物和设计合成抗菌纳米材料。昆士兰大学余承忠教授和宋浩博士团队针对这一领域的进展,总结了作为抗生素替代物的纳米材料在抗菌领域的多学科交叉研究进展。

该综述首先对抗菌的作用机理进行了分类总结,包括仿生结构物理抗菌、化学手段杀菌、生化手段抑制细菌代谢、光介导的光热或光动力抗菌、基于纳米材料的天然抗菌系统等,并对不同纳米材料及其结构对抗菌性能的影响进行了详尽介绍。纳米材料的物理化学特性,如表面拓扑结构、尺寸效应、几何形状、表面电荷等,均可用于设计增强对细菌细胞膜的破坏,或令细胞内蛋白或基因等生物大分子失活,从而杀死细菌。文章还对最新的抗菌策略进行了总结,例如细菌靶向策略,从而赋予纳米材料特异抗菌性能,减少潜在毒性。此外,抗原抗体间的特异性识别和作用亦可用于抗菌纳米材料的设计中。此外,经过多年的努力,纳米材料在一些无需抗生素的应用中已经崭露头角,包括感染处理、创口愈合、医疗器械、食品包装等。作者亦对该领域的研究进展和未来发展的方向进行了探讨。

“纳米抗菌战”已经打响,作者呼吁控制耐药性细菌的产生与蔓延,需要各界的投入和努力,包括 (1)自上而下地普及公众用药知识,规范药品管理,(2)控制细菌在环境(水、土壤)或食物链 (动物、植物)中的传播,(3)多学科交叉研究,包括材料科学家和微生物学家的密切合作等,进而为应对抗生素耐药性危机提供新利器。 该综述论文发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201904106)上,论文第一作者为在读博士生王玥。这项研究是余承忠教授团队继在Journal of the American Chemical Society、Advanced Functional Materials、ACS Central Science, ACS Applied Materials & Interfaces等杂志上发表用于抗菌应用的纳米材料后的又一进展。