抗菌治療是肺部感染的常規(guī)做法，而聚粘菌B硫酸鹽（PMBS）是針對(duì)革蘭陰性細(xì)菌的有效藥物。然而，其口服和靜脈注射劑型常常存在肺部濃度不足和腎毒性高的問(wèn)題，因此需要新的治療策略。DPI作為治療肺部感染的新途徑，能直接將藥物送達(dá)到肺部，降低藥物劑量和全身不良反應(yīng)。然而，由于肺部呈樹狀結(jié)構(gòu)和細(xì)菌生物膜的影響，DPI在肺部沉積和藥物達(dá)到的困難是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵難題。

為解決DPI存在的問(wèn)題，暨南大學(xué)張雪娟課題組在Science bulletin發(fā)文《Polymyxin B sulfate inhalable microparticles with high-lectin-affinity sugar carriers for efficient treatment of biofilm-associated pulmonary infections》展現(xiàn)解決這一問(wèn)題的新策略，作者主要關(guān)注于解決肺部感染治療中的難題，特別是針對(duì)DPI藥物傳遞系統(tǒng)的優(yōu)化和針對(duì)細(xì)菌生物膜的有效策略，探討利用高親和力糖類作為DPI載體，以改善氣溶膠化性能和消除細(xì)菌生物膜的方法。研究中使用了raffinose作為DPI的載體，通過(guò)顆粒表面改性策略探究不同表面結(jié)構(gòu)對(duì)藥物沉積的影響，并通過(guò)經(jīng)典的crystal violet法評(píng)估了PMBS-HLA DPIs在抑制和消除細(xì)菌生物膜方面的功效。

圖1

為了量化LecA與糖類載體之間的結(jié)合親和力，作者使用了表面等離子共振（SPR）實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示raffinose對(duì)LecA表現(xiàn)出最高的親和力，其響應(yīng)單位（RU）值比其他糖類攜帶體高出3到38倍。此外，raffinose與LecA的離解常數(shù)（KD）值為37.04 μmol/L，表明它們之間有著非常高的親和力。

圖2. 通過(guò)SPR測(cè)定進(jìn)行結(jié)合親和力

（圖片源自：http://rheum.dxy.cn/article/108504）

隨后作者進(jìn)行了 PMBS-HLA DPI 的制備，對(duì)補(bǔ)充材料中的工藝參數(shù)進(jìn)行修改，設(shè)置PMBS比例范圍，得出不同濃度下PMBS-raffinose比例。使用 Turbospin®測(cè)量 PMBS-HLA DPI 的空氣動(dòng)力學(xué)粒度分布。采用急性和慢性肺部感染模型來(lái)進(jìn)一步評(píng)估最佳 PMBS-HLA DPI 的體內(nèi)生物膜形成抑制和生物膜相關(guān)肺部感染治療功效。暨南大學(xué)動(dòng)物倫理與福利委員會(huì)批準(zhǔn)了該動(dòng)物實(shí)驗(yàn)（批準(zhǔn)號(hào)：IACUC-20220810-25）。

急性肺部感染模型（Acute pulmonary infection model）：

通過(guò)對(duì)細(xì)菌培養(yǎng)液的處理，制備了濃度為5 × 10^8 CFU/mL的細(xì)菌懸液。使用1%的戊巴比妥鈉對(duì)動(dòng)物麻醉，并通過(guò)氣管插管向動(dòng)物內(nèi)服100 μL細(xì)菌懸液進(jìn)行感染。

18小時(shí)后，對(duì)感染的大鼠進(jìn)行不同治療組的藥物治療，包括干粉吸入劑組、靜脈注射組以及空白組等。治療后進(jìn)行了血液和肺部樣本的收集，從左肺收集支氣管肺泡灌洗液（BALF）樣本，使用PCT ELISA試劑盒測(cè)量 TNF-α 和 IL-6（武漢華美生物提供以上材料），分析了血液計(jì)數(shù)和肺部炎癥因子水平。將右肺的一葉浸入4%多聚甲醛中并用蘇木精和伊紅（H&E）染色以進(jìn)行組織學(xué)分析。將右肺的另外兩個(gè)肺葉進(jìn)行細(xì)菌計(jì)數(shù)。

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圖3

慢性肺部感染模型（Chronic pulmonary infection model）：

使用1%的戊巴比妥鈉對(duì)動(dòng)物麻醉，并通過(guò)氣管插管向動(dòng)物內(nèi)服40 μL的PA細(xì)菌懸液，建立了慢性肺部感染模型。

感染后，動(dòng)物被分為不同治療組進(jìn)行治療干預(yù)，類似于急性感染模型的治療方案。治療期間對(duì)血液、肺泡灌洗液和組織樣本進(jìn)行了收集和分析。

結(jié)果證明：高親和力的raffinose與LecA之間的結(jié)合可能是其有利于抑制生物膜形成的原因。通過(guò)與PMBS聯(lián)合使用，raffinose在兩個(gè)方面發(fā)揮作用：一方面通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合凝集素，增強(qiáng)了PMBS對(duì)深層細(xì)菌的可及性，破壞了生物膜結(jié)構(gòu)并促進(jìn)了細(xì)菌的清除。另一方面，raffinose阻礙了來(lái)自成熟生物膜中散布的細(xì)菌的粘附和入侵，確保了抑制細(xì)菌的再附著和生物膜再形成。此外，研究還觀察到，raffinose加速了炎癥的消退，并在與僅使用PMBS治療的組相比，更顯著地促進(jìn)了肺部損傷和全身炎癥的恢復(fù)。

圖4. PMBS-HLA DPI 的作用機(jī)制示意圖

總的來(lái)說(shuō)，raffinose與PMBS聯(lián)合治療肺部感染時(shí)，可以阻止細(xì)菌的再附著和入侵，加速肺部損傷和炎癥的消退，從而有效治療肺部感染。這些發(fā)現(xiàn)表明，針對(duì)凝集素-糖類相互作用可能是治療生物膜相關(guān)肺部感染的一種有前景的方法。

相關(guān)產(chǎn)品：

Rat TNF-α ELISA kit

中文名稱：大鼠腫瘤壞死因子α（TNF-α）酶聯(lián)免疫試劑盒

貨號(hào)：CSB-E11987r

規(guī)格：96T,5×96T,10×96T

檢測(cè)范圍：6.25 pg/mL-400 pg/mL

靈敏度：1.56 pg/mL

標(biāo)準(zhǔn)曲線：

Rat procalcitonin (PCT) ELISA kit

中文名稱：大鼠降鈣素原(PCT)酶聯(lián)免疫試劑盒

貨號(hào)：CSB-E13419r

規(guī)格：96T/48T

檢測(cè)范圍：31.25 pg/mL-2000 pg/mL

靈敏度：17.8 pg/mL

標(biāo)準(zhǔn)曲線：

文章來(lái)源：https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.11.004