糖衣金纳米颗粒可快速消除细菌感染无需抗生素

如果任其自行发展，我们牙齿或受伤皮肤上的细菌就会将自己包裹在粘滑的支架中，变成所谓的生物膜。这些细菌会对我们的组织造成严重破坏，并且由于粘液的作用而不受抗生素药物的影响，因此很难清除。一种新策略可能提供一种简单的方法来分解淤泥并消灭细菌。

宾夕法尼亚大学和斯坦福大学的研究人员开发了糖衣金纳米颗粒，用于成像和破坏生物膜。在《临床研究杂志》上发表的一项研究中，作者证明了纳米颗粒对大鼠和小鼠的牙齿和受伤皮肤的诊断和治疗潜力，可在短短一分钟内消除生物膜，并且优于常见的抗菌药物。

“通过这个平台，您可以在不进行手术清创感染的情况下破坏生物膜，这在使用抗生素时是必要的。此外，如果患者对抗生素过敏或被耐药菌株感染，这种方法可以治疗他们，”LuisaRussell说博士，NIBIB发现科学与技术部项目主任。“事实上，这种方法不含抗生素，这是一个巨大的优势。”

由变形链球菌等细菌形成的口腔生物膜，也称为牙菌斑，可导致严重的蛀牙。伤口感染通常由葡萄球菌引起，会大大延迟愈合过程。无论哪种情况，生物膜内密集的蛋白质和碳水化合物网络都可以阻止抗生素到达整个受影响区域的微生物。

但这还不是生物膜引起的问题的严重程度。它们不仅难以去除，而且一开始就很难识别。

这项新研究找到了一种解决方案，可以用一块石头解决这两个问题：黄金。

黄金无毒，很容易将光源的能量转化为热量，使其成为光热疗法的主要候选者，光热疗法是一种利用纳米粒子的热量杀死附近病原体的策略。除了产生热量之外，纳米颗粒还会响应光而发射可检测到的超声波，这意味着可以使用光声成像技术来可视化金颗粒。

在这项新研究中，作者将金球封装在更大的金笼形纳米粒子中，以优化其对光的响应，用于治疗和成像目的。为了使颗粒吸引细菌，他们将其涂上葡聚糖，葡聚糖是一种碳水化合物，是生物膜的常见组成部分。

在这项研究中，将金纳米粒子输送到受感染的牙齿和皮肤伤口，用近红外激光加热以破坏生物膜。图片来源：Hajfathalian等人。

研究人员通过将金纳米粒子应用在来自离体大鼠下颌的变形链球菌感染的牙齿上来评估他们的策略。

在牙齿的光声成像测试中，纳米颗粒发出响亮而清晰的信号，使研究小组能够准确地看到生物膜在牙齿上吸收葡聚糖涂层颗粒的位置。

然后，为了评估粒子的治疗效果，他们用激光照射牙齿。为了进行比较，他们用局部防腐剂洗必泰处理了其他感染的牙齿样本。

研究小组观察到两种治疗的结果形成鲜明对比，光热疗法在杀死生物膜方面几乎100%有效，而氯己定并没有显着降低细菌的活力。

“这种治疗方法对于口腔感染特别快。我们使用激光一分钟，但实际上在大约30秒内我们就杀死了基本上所有的细菌，”该研究的第一作者MaryamHajfathalian博士说。新泽西理工学院生物医学工程教授，他在宾夕法尼亚大学和斯坦福大学担任博士后研究员时进行了这项研究。

对感染金黄色葡萄球菌的皮肤有开放性伤口的小鼠进行的评估也同样取得了成功，因为纳米颗粒产生的热量远远优于另一种名为庆大霉素的抗菌剂。在这里，研究人员还测量并注意到生物膜局部温度升高了20°C，但并未对周围组织造成任何明显损伤。

作者表示，通过进一步的测试，他们的目的是证明该策略是否可以预防蛀牙或加速愈合。

“我认为重要的是要了解这个过程是多么便宜、简单和快速。由于我们使用抗生素的数量有限，我们需要像这样的新疗法作为替代品，”哈吉法塔利安说。