Advanced Healthcare Materials:细菌源性纳米粒-诊断和治疗的多功能载体

长久以来,细菌被认为是导致感染的有害生物。众多研究都集中于如何预防病原菌感染和限制细菌耐药性,直至突破性的研究开始阐明,细菌特性的改变将使其实现多方位的诊断功能和生物治疗策略。这一角色的逆转在于细菌易于被基因改造并受抗生素控制,从而增加了可操作性和安全性。各种细菌,特别是兼性厌氧菌(例如沙门氏菌和大肠杆菌),可以在其宿主的特定组织中定植,包括肠道、皮肤,以及脓肿和肿瘤等病变组织,为治疗难治性肿瘤或感染性疾病提供可能。浙江大学医学院附属第一医院卢晓阳主任团队与浙江大学药学院高建青教授课题组基于自身工作经验,并结合最新的文献报道,将目光聚焦于细菌源性纳米载体,系统且全面地总结了细菌源性纳米粒用于递药、诊断和治疗的研究现状及最新进展,并对具有巨大潜力的细菌种类和制备方法进行归纳总结;最后对该生物纳米材料用于临床应用的安全性和面临的挑战以及未来的发展趋势进行了深入的讨论。本文共同第一作者为浙江大学医学院附属第一医院临床药学部柳琳副主任药师和浙江大学药学院吴佳禾博士,相关成果发表于Advanced Healthcare Materials(DOI: 10.1002/adhm.202000893)上。

作为生物纳米平台的替代来源,细菌源性纳米粒的内在靶向性与免疫原性并存,需通过精细的定制手段实现其优势最大化。革兰氏阴性菌和阳性菌均可用于制备仿生纳米粒。因革兰氏阳性菌的厚细胞壁增加了制造的复杂性,相比之下,革兰氏阴性菌更容易被工程化;而两者均可释放的细胞外囊泡(EVs)已成为具备多种功能的生物载体,在各项研究中不断涌现。基于不同的细菌来源,利用基因工程、膜包衣和膜改性的设计策略,细菌潜在的致病风险被其独特的生物活性所取代,从而获得各种功能性仿生材料,以定制靶向治疗、精确调节和时空控制能力,且以上功能难以通过传统纳米粒得以实现。众多研究表明,细菌源性纳米载体因含有激活免疫系统的天然抗原以及独特的内在靶向性和主动穿透性,已实现对蛋白质、酶、基因和药物的传递,成为化疗制剂、光热治疗剂、光动力治疗剂、siRNA、细胞毒素和显像剂的有利载体,用于诊断和治疗不同疾病,包括胃肠道疾病、糖尿病、肿瘤和感染;尤其在抗肿瘤和抗感染疫苗领域凸显优势,例如源自脑膜炎奈瑟菌强毒株的多组分膜囊泡疫苗已被批准用于临床。

尽管成果鼓舞人心,细菌衍生纳米粒依然面临挑战。来自细菌免疫原性的安全性问题和体内稳定性仍然是细菌源性纳米粒临床应用的主要障碍,也是研究者的当务之急。生物杂交或合成系统的设计、共生菌的建立、细菌疗法与其他相关疗法的有效组合有望为其临床应用提供进一步发展空间,也是未来值得期待的研究方向。

综上,该综述为细菌源性纳米粒的合理设计提供重要的参考和指导,并为新兴生物材料用于医疗策略带来前沿观点。