重大突破！Adv. Mater.｜华西医院打造‘穿透与消灭’人工噬菌体，有效抵抗抗生素耐药菌生物膜

最近，四川大学华西医院超声医学科的邱逦教授团队在《Advanced Materials》期刊上发表了一篇关于抗击抗生素耐药性生物膜的研究文章。该研究受噬菌体的生物结构和功能启发，成功构建了一种尖刺状的Ir@Co3O4（S）颗粒。该颗粒可作为人工噬菌体，协助消除抗生素耐药性生物膜，提出了“穿透和根除”的新治疗策略，这为顽固性感染伤口的治疗和其他与抗生素耐药性生物膜感染相关的疗法提供了新的途径。

在研究中，邱逦教授与四川大学高分子科学与工程学院的程冲研究员共同担任通讯作者，超声医学科的肖苏桐博士和高分子科学与工程学院的硕士毕业生谢蓝为第一作者。该研究由四川大学华西医院主导，并得到了国家自然科学基金、四川省科技厅以及1·3·5计划等项目的资助。

抗生素耐药病原体的出现和扩散已成为全球公共卫生危机，显著增加了疾病的发病率和死亡率。约80%的顽固性感染与生物膜形成密切相关。与浮游细菌相比，生物膜含有密集的胞外多聚物屏障（EPS）和酸性与H2O2丰富的生物膜微环境（BME），这些特性有效地保护细菌免受宿主免疫防御的攻击，并阻碍抗菌剂的渗透。此外，生物膜能够改变包裹细菌的表型，并促进持久性细菌的形成，从而给抗菌治疗带来了巨大挑战。因此，亟需创新策略来实现BME自适应的全阶段根除耐药细菌生物膜。

研究表明，尖刺状Ir@Co3O4（S）人工噬菌体具有优越的BME适应性，展现出类过氧化物酶（POD）和氧化物酶（OXD）活性，能够快速响应生物膜微环境并产生活性氧（ROS），同时具备良好的稳定性。与其他产ROS的生物催化剂相比，Ir@Co3O4（S）表现出更卓越的酶学指标。

尖刺状人工噬菌体通过两个主要途径杀伤耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）：其尖刺能够捕获并刺穿细菌，严重破坏细胞膜并引发细胞内物质泄漏；同时，高活性的铱（Ir）位点催化ROS的积累，配合尖刺结构的强大穿透力，能够实现ROS的原位释放，增强细菌的死亡率。

该人工噬菌体能有效穿透生物膜，诱导孔结构实现原位ROS释放，促进生物膜的根除。此外，研究表明，Ir@Co3O4（S）通过下调细菌内外环境的生物合成和保护相关基因，帮助消散和根除生物膜。

体内实验结果证实，合成的人工噬菌体作为一种高效的非抗生素制剂，能有效根除MRSA生物膜并加速伤口愈合，其治疗效果可媲美万古霉素。总之，研究构建的尖刺状Ir@Co3O4（S）颗粒能够协同根除抗生素耐药性生物膜。该研究展示了丰富的纳米尖刺和高活性Ir催化位点的协同效应，能够实现高效的生物膜积累、EPS渗透和BME自适应的ROS生成。

通过仿酶活性及催化动力学研究，证明人工噬菌体的设计不仅为治疗抗生素耐药性生物膜诱导的顽固性感染伤口提供了潜在策略，而且为实现仿生型非抗生素杀菌开辟了新的途径。