有效破坏抗药性真菌的新材料

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  有效破坏抗药性真菌的新材料

  2013年12月9日

  新加坡生物工程与纳米技术研究所(IBN)和加利福尼亚州的IBM研究所的研究人员和ndash; Almaden(IBM)发现了一种新的,可能挽救生命的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)应用,广泛用于制造塑料瓶。他们已成功将PET转化为无毒的生物相容性材料,具有卓越的真菌杀灭特性。据Nature Communications报道,他们的新材料在破坏抗药性真菌和真菌生物膜方面证明特别有效,作为抗真菌剂具有很大的潜力,可以预防和治疗局部真菌引起的疾病,如皮肤感染和角膜炎。

  这种新型小分子化合物易于形成具有强抗真菌能力的纳米纤维。

  IBN执行董事Jackie Y. Ying教授分享说,“IBN 纳米医学研究工作的重点是开发新型聚合物和材料,以更有效地治疗和预防各种疾病。我们在IBM的最新突破使我们能够专门针对和根除耐药和药物敏感的真菌菌株和真菌生物膜,而不会伤害周围的健康细胞。我们希望最终在临床上应用这项技术来帮助全世界患有真菌感染的大量患者。“

  近年来,机会性真菌感染的数量由于免疫系统弱化的患者群体的增加而增加,例如由于癌症,器官移植或HIV / AIDS。在这些患者中,由念珠菌,曲霉菌和新型隐球菌(C.neoformans)真菌菌株引起的侵袭性感染可以采取潜在致命的血流感染,肺部感染和脑膜炎的形式。例如,念珠菌引起念珠菌病,根据疾病控制中心和美国疾病控制中心,这是美国住院患者中第四种最常见的真菌血流感染。预防。

  BCC Research报告称,2010年全球真菌感染的治疗费用为30亿美元,预计2014年将增加至60亿美元。临床和医疗保健社区非常关注的是真菌感染的增加常规抗真菌药物,以及患者对抗真菌药物耐药性发展的报道不断增加。这些趋势需要紧急开发有限选择的可用抗真菌剂的合适替代品。此外,大多数常规抗真菌剂不会完全破坏真菌,而仅仅抑制它们的生长,这可能导致未来的感染。

  研究人员面临的一个特殊挑战在于真菌与哺乳动物细胞的代谢相似性。现有的抗真菌剂无法区分感染细胞和健康细胞,并且经常最终攻击后者。因此,患者通常报告溶血和肾毒性作为治疗副作用。

  利用IBM的聚合物合成和计算专业知识,以及IBN的纳米医学和生物材料研究专业知识,研究人员将PET(一种常见的塑料材料)转化为新型小分子化合物,这些化合物在水中自组装成纳米纤维。通过静电相互作用,纳米纤维能够选择性地靶向真菌细胞并穿透它们的膜,在此过程中杀死它们。

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  根据IBN集团负责人Yi Yan Yang博士的说法,“我们的分子自组装成纳米纤维的能力很重要,因为与离散分子不同,纤维会增加阳离子电荷和化合物质量的局部浓度。这有利于真菌膜的靶向及其随后的裂解,使得真菌能够在低浓度下被破坏。结果是一种高效的杀灭策略,对周围的健康细胞造成的伤害或毒性极小。“

  在IBN进行的体外研究表明,纳米纤维在孵化仅一小时后根除了超过99.9%的白色念珠菌,并且即使在11次处理后也没有产生任何抗药性。白色念珠菌引起美国第三种最常见的真菌血流感染。纳米纤维还用于有效地治疗小鼠中与隐形眼镜相关的真菌生物膜眼感染,而不会对眼睛造成任何毒性。相比之下,常规抗真菌药物氟康唑仅能够抑制额外的真菌生长,并且在六次治疗后感染表现出抗药性。

   此外,氟康唑对生物膜无效。

  根据IBM研究院高级有机材料科学家James Hedrick博士的说法– Almaden,“随着计算预测方法的不断发展,我们可以开始建立自组装的基本规则,以设计复杂的治疗方法来对抗感染,以及有效的封装,运输和交付各种货物到他们的目标疾病网站。”

  IBN和IBM科学家最近在抗菌研究方面取得了其他突破。通过将抗菌聚合物与常规抗生素或抗真菌药物结合,它们能够诱导微生物膜中孔隙的形成,从而促进抗生素渗入微生物细胞,并在显着降低的情况下杀死具有高度传染性,耐药性的铜绿假单胞菌。与单独的抗微生物聚合物和抗生素相比时的浓度。此外,研究人员还对其可生物降解的抗菌聚碳酸酯进行了微调,以生产出具有强大和广谱抗菌活性且对哺乳动物毒性可忽略不计的聚合物。

  IBN和IBM的研究合作已经产生了20多种关于药物,蛋白质和基因传递的平台技术,以及用于治疗MRSA感染,其他传染病和癌症的大分子抗菌剂。研究团队正在积极寻求制药公司进一步发展其未来临床应用的最新突破。

  出处:http://www.a-star.edu.sg/