利用纳米技术和光对抗超级细菌

来源：中国科技网   发布者：亦云   日期：2016-03-24  

一个新的工具正在剑斩锋芒，它能够对抗耐抗生素细菌引发的疾病，除了全球范围内努力限制过度使用和滥用抗生素药物之外，纳米医学也正在寻找新的方式来击败这些超级细菌。 纳米粒子，比一毫米小一百万倍，状态稳定，治疗相对容易，而且易于植入细胞内。 在最近的工作中，科罗拉多大学的一组研究人员(我也是其中的一员)，利用纳米量子点(具有特定的光吸收特性的微半导体颗粒)，杀死具有抗药性的超级病菌，而且不伤害周围的健康组织。 一旦将它们植入人体，量子点会按兵不动，直到有光线照耀到身上，它们才会被激活。任何可见光源(落地灯、室内灯，甚至日光)都可以利用。到目前为止，我们的研究主要聚焦在皮肤感染上;体内疾病，可能需要更亮的光线或更多的纳米粒子。 被光激活后，量子点开始产生电子(这些电子附着在细胞中的溶解氧内)，以及生产自由基离子。这些离子会打断细胞所依赖的通信和基本生命功能的生化反应。这样，我们可以定位并杀灭引起疾病的特定细菌细胞。 超级细菌的威胁 抗生素不仅用于治疗活性细菌性感染，而且还经常用于治疗接受外科手术的患者以及患有免疫系统缺陷疾病的人，如艾滋病和癌症。 一般人们把对超过一种抗生素有抗药性的细菌统称为超级细菌，在美国，它们每年导致的感染人数超过200万，其中有2万3千人死于超级细菌。在全球范围内，它们每年会杀死70万人。 英国政府研究小组的预测表明，如果不加以控制，到2050年，超级细菌每年将杀死超过1000万人。这将远远超过其它主要疾病的死亡率——包括糖尿病、癌症，腹泻和公路交通事故。到2050年，经济成本估计为100兆美元。 针对特定目标 在对抗感染细菌方面还有其它的纳米药物。当暴露在光源下，它们会升温，杀死周围所有细胞，而不仅仅是导致疾病的细胞。因此，它们需要特定的工具，如蛋白质或抗体，有选择性地靶向所需细胞类型，将纳米粒子送到指定位置。而这一切，需要准确识别靶向细胞的能力。 我们的方法是一项改进，因为它能够精准处理靶向细胞。具有不同大小和电学性质的量子点可以帮助产生不同的破坏性离子。这可以让医生选择用干扰物杀死入侵细菌而不损害周围的健康组织。 被激活的量子点扰乱了致病细菌中“氧化还原”反应的化学过程的平衡，以便杀死它们。 使用这种方法，外加一个普通的灯泡，我们能够消除不同类型的耐抗生素细菌。这些细菌是科罗拉多大学医学院以实际临床样本的形式提供给我们的。他们包括一些最危险的耐药感染菌：耐甲氧苯青霉素金黄色葡萄球菌; 超广谱β-内酰胺酶——产生肺炎克雷伯氏菌和鼠伤寒沙门菌;多重耐药性大肠杆菌; 耐碳青霉烯类肠杆菌。 我们也能够制作对光线产生不同反应的纳米粒子，包括对光线没有反应或提高细胞繁殖能力的反应。促进超级细菌的生长时不可取的，但是这一发现能够让我们促进有益细菌的生长繁殖，如在生物反应器中培养细胞，这有助于生物燃料和抗生素药物的生产。 下一步的措施 到目前为止，我们的工作一直在实验室的试管中进行;我们下一步的任务是将这项技术进行动物研究。如果能够成功，这项技术就可以在短期内加入对抗多重耐药菌的战斗中，并且有着很好的应用前景。 例如，它还有可能激励光激活类药物——这样一种新类别药物的产生，催生具有LED光线疗法的特殊面料的发展，甚至形成抗菌表面和医疗设备的基础。 虽然细菌仍将继续进化以寻求生存，但是我们控制被激活量子点的特定反应的能力，能够让我们在这场战斗中能够反应迅速，胜利是我们唯一的选择。

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