VIEW:纳米材料在后抗生素时代中的抗菌应用

人类发展的历史在一定程度上就是与各种疾病不断斗争的历史。在抗生素被发现并应用以前(即,前抗生素时代),细菌感染表现出“易传染、易流行、难预测、难控制”等特点,具有极高的致病率和致死率。比如,鼠疫耶尔森菌引起的鼠疫、结核杆菌引起的结核病和霍乱弧菌引起的霍乱都曾引起过数以亿计的人死亡。毫不夸张地说,在前抗生素时代,细菌感染引起的疾病是威胁人类健康的第一大杀手。从20世纪20年代抗生素被发现并应用开始,绝大多数细菌感染引起的疾病得到了有效地治疗,人类因此进入了抗生素时代。

由于细菌耐药性在全球范围内的快速发展和蔓延,细菌感染,特别是耐药细菌引起的感染,成为威胁人类健康的重要因素。浙江大学高分子科学与工程系计剑教授课题组对细菌耐药问题产生的原因进行了细致地归纳和总结,并从纳米材料学角度,对当下用于解决细菌耐药问题的方法和材料进行了总结和归纳。

不可否认的是,随着抗生素的深入使用,细菌对抗生素产生了严重的耐药问题。近几十年来,多种具有极强耐药性的“超级细菌”正以惊人的速度蔓延全球。据世界卫生组织统计,全球死于细菌耐药性问题的人数,从2010年的5万上升至2019年的70万。据估计,到2050年,细菌耐药性问题引起的死亡人数(1000万人/年)将超过癌症引起的死亡人数(820万人/年)。面对日益严重的细菌耐药性问题,人们曾将希望寄托于不断开发新的抗生素。令人遗憾的是,目前,抗生素的开发速度已经远远落后于细菌耐药性的发展速度,在过去三十年中,新开发出来的抗生素寥寥无几。面对严峻的细菌耐药问题,世界卫生组织已于2013年宣布全球进入“后抗生素时代”。 随着细菌耐药性问题的日益严重,抗生素对各类细菌感染的治疗效果越来越弱。如果细菌耐药问题得不到及时解决,在不久的将来,一次普通感冒或一次轻微割伤都有可能带来致命的危险。

面对严峻的细菌耐药问题,浙江大学高分子科学与工程系的计剑教授课题组对引起细菌耐药问题的原因进行了深入的研究和总结。他们发现,引起细菌耐药性问题的原因主要有两方面:一是细菌通过聚集形成细菌生物膜。形成细菌生物膜后,细菌外基质对抗生素的物理阻抗和屏蔽作用、酶降解作用、酸性代谢产物对抗生素的钝化作用、细菌生物膜乏氧对细菌活性的抑制作用以及群体效应的增强作用等因素大大降低了抗生素的治疗效果,极大地增强了细菌对抗生素的耐药性。引起细菌耐药性问题的另一个原因是在抗生素选择压力下细菌的自我进化和变异。长期的非理性用药(超剂量、超时间和超范围用药)大大加快了细菌耐药性的积累,导致大量耐药细菌的出现。

由于具有优异的尺寸效应、物理化学特性和易于化学修饰等诸多特点,纳米材料在治疗细菌感染方面体现出了巨大的潜力。目前,很多科研团队已经报道过利用纳米材料进行抗菌的研究,但在解决细菌耐药问题的策略方面缺乏一个系统的归纳和总结。针对此,计剑教授课题组通过深入研究,总结出了两大类治疗策略,分别为基于纳米材料的非抗生素治疗和纳米材料协助增强的抗生素治疗。非抗生素治疗策略包括基于纳米材料的光热治疗、光动力治疗、金属纳米粒子治疗、载药纳米粒子治疗和高分子基纳米粒子治疗等。抗生素治疗策略包括破坏细菌外基质增强抗生素治疗、抑制群体效应增强抗生素治疗、降低细菌生物膜乏氧增强抗生素治疗和增强药物传递效率增强抗生素治疗等。

 研究者相信,该综述为解决细菌耐药性问题的研究带来了系统的归纳总结及展望、为治疗耐药细菌感染开启了一个拓宽了思路。相关论文已发表在VIEW上。(DOI: 10.1002/VIW.20200014)

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