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我校學者設計瓶狀硅基納米馬達治療幽門螺旋桿菌感染

核心提示: 近日,我校農業微生物國家重點實驗室韓鶴友教授課題組在納米馬達技術治療幽門螺旋桿菌研究上取得新進展,設計用一種瓶狀硅基納米馬達治療幽門螺旋桿菌感染的新方法。

南湖新聞網訊(通訊員 吳陽 宋智勇)近日,我校農業微生物國家重點實驗室韓鶴友教授課題組在納米馬達技術治療幽門螺旋桿菌研究上取得新進展,設計用一種瓶狀硅基納米馬達治療幽門螺旋桿菌感染的新方法。相關研究發表在Small學術雜誌上。

幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori,Hp)是一種革蘭氏陰性微需氧型桿菌,2005年,澳大利亞學者馬歇爾(Marshall)和沃倫(Warren)因發現“幽門螺旋桿菌以及該細菌對消化性潰瘍病的致病機理”獲諾貝爾生理學或醫學獎。今天,幽門螺旋桿菌感染呈全球性分佈,被確定為全球第四大常見癌症——胃惡性腫瘤和流行病學的最強單一危險因素,引起胃癌的風險約為75%。統計數據表明,全球每年診斷出的新胃癌患者超過一百萬,其中超過78.3%導致死亡。

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瓶狀硅基納米馬達結構

針對治療幽門螺旋桿菌感染的問題,韓鶴友教授團隊巧妙設計了一種瓶狀硅基納米馬達(Si NBs)。這種瓶狀硅基納米馬達納米瓶具有疏水性外表面、親水性內核、大腔室和狹窄的開口。這種獨特的不對稱大腔物理結構為藥物存儲提供了良好條件,並可以用作藥物輸送的納米馬達。

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硅基納米馬達殺滅Hp過程

在實驗過程中,藥物克拉黴素(CLA)、納米CaO2和Pt NPs通過兩親相互作用裝載在大腔體內;接着納米馬達輸送到胃腔後,CaO2可以通過在胃中前進時迅速消耗質子,在時間和物理上改變局部酸性環境,從而可以有效地將胃中的pH值中和至中性,以避免降低藥物的功效,也避免了由於長期使用質子抑制劑(PPI)引起的慢性毒性。與此同時,周圍環境的能量或燃料被轉換為動能,然後向前推動納米馬達運動以保證前藥最大程度的釋放和功效。

實驗表明,納米馬達可以通過CaO2的化學反應快速消耗胃酸或暫時中和胃酸,產物H2O2被Pt NPs催化分解為大量的O2,並通過狹窄的開口從納米馬達中排出,也推動了納米馬達運動,並釋放出用於治療幽門螺旋桿菌感染的藥物。

研究人員介紹,CaO2與胃酸反應能夠快速的消耗質子,在不影響正常胃功能的情況下中和胃酸。這種温和的中和方法可以在短時間內恢復健康並避免不可逆轉的損害,因此納米馬達可能成為PPI的有吸引力的替代物。

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動物活體實驗結果

在動物活體實驗中,15 mg納米馬達可以安全、快速地中和胃酸,同時釋放前藥以達到良好的治療效果,而不會引起急性毒性。小鼠體內的幽門螺旋桿菌濃度比對照組低2.6個數量級。給藥後一天之內,胃酸恢復到正常pH,避免影響正常的胃功能和造成急性毒性。

科研人員總結道,酸驅動的納米馬達可以有效地加載臨牀劑量的藥物,在無需使用PPI的情況下,即可承受惡劣的胃酸環境以達到抗菌效果。這一成果有望可開發成新型安全的胃病治療方法,成為治療幽門螺桿菌感染的活性裝置。同時,納米馬達作為一種新型的輸送技術,這種電機驅動的輸送方法有望治療多種胃腸道疾病。

審核人:韓鶴友

【4px電話】

Helicobacter pylori (H. pylori) infection has ≈75% probability of causing gastric cancer, so it is considered to be the strongest single risk factor for gastric malignancies. However, the harsh gastric acid environment has created obstacles to medical treatment. This work reports a nanomotor with a bottle-shaped container that can be loaded with small molecules of clarithromycin, nano calcium peroxide (CaO2), and Pt nanoparticles (Pt NPs) by ultrasound. Nanomotors can quickly consume gastric acid through the chemical reaction of CaO2 to temporarily neutralize gastric acid. The product hydrogen peroxide (H2O2) is catalytically decomposed into a large amount of oxygen (O2) by Pt NPs. The local concentration gradient of O2 bubbles causes it to be expelled from the nanobottles through a narrow opening, and then push the nanobottles forward to provide maximum release and prodrug efficacy. Experiments in animal models show that 15 mg nanomotors can safely and quickly neutralize gastric acid in the stomach and simultaneously release prodrugs to achieve good therapeutic effects without causing acute toxicity. H. pylori burden in mice was 2.6 orders of magnitude lower than that in the control group. The stomach returns to normal pH within 1 d after administration.

論文鏈接: //doi.org/10.1002/smll.202006877

責任編輯:蔣朝常 孔繁霄