Ο Bu Wenbo, καθηγητής στο Τμήμα Επιστήμης των Υλικών του Πανεπιστημίου Fudan, έχει επιλεγεί ως επιστήμονας με υψηλή αναφορά στο Kerui Vian Global για τέσσερα συνεχόμενα χρόνια. Πρόσφατα, τα MB NPs (νανοσωματίδια μεταλλικού βοριδίου) που παρασκευάστηκαν από τον ίδιο και την ομάδα του παρείχαν έναν «θησαυρό» υλικών με μεγάλη κλινική αξία εφαρμογής στον τομέα των βιοϊατρικών υλικών.
Εικόνα | Bu Wenbo (πηγή: Bu Wenbo)
Το πλέγμα του ενεργού βοριδίου μετάλλου εμφανίζει εξαιρετικά πλούσιους τρόπους σύνδεσης, οι οποίοι μπορούν να υδρολύονται για να παράγουν ενδιάμεσα νανοφύλλα βοροϋδριδίου και να απελευθερώνουν ιόντα, τα οποία προσδίδουν ευελιξία στα βορίδια.
Επιπλέον, η νέα στρατηγική «δέσμευσης βορίου» που προτείνεται αυτή τη φορά αποκαλύπτει ότι τα ενεργά βορίδια μετάλλων μπορούν να καταστρέψουν τη βακτηριακή δομή και να επιτύχουν αποστείρωση συνδυάζοντας με τα βασικά πολυσακχαριτικά συστατικά του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος (λιποπολυσακχαρίτης/πεπτιδογλυκάνη).
Τα αποτελέσματα μιας σειράς συγκριτικών πειραμάτων δείχνουν ότι η βακτηριοκτόνος δράση αυτής της στρατηγικής είναι ισοδύναμη με εκείνη των κλασικών αντιβιοτικών όπως η αμικασίνη, η γενταμυκίνη και η σιπροφλοξασίνη, και ακόμη καλύτερη από εκείνη των αντιβιοτικών όπως η αμτρεονάμη, η αμπικιλλίνη και η σουλβακτάμη.
Αξίζει να σημειωθεί ότι τα ενεργά βορίδια μετάλλων μπορούν να μειώσουν την αντοχή στα φάρμακα των βακτηρίων καταστρέφοντας τον βακτηριοκτόνο μηχανισμό της βακτηριακής δομής και αναμένεται να επιτύχουν πιο μακροπρόθεσμη βακτηριοκτόνο δράση.
Ως εκ τούτου, ως αποτελεσματικό αντιβακτηριακό συστατικό, η προσθήκη αυτού του υλικού στα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα μπορεί να εμποδίσει την ανάπτυξη βακτηρίων και να αποτρέψει τη δημιουργία οσμής. Μπορεί επίσης να κατασκευαστεί σε αντιβακτηριακή επίστρωση και να εφαρμοστεί στην επιφάνεια μεταλλικών εμφυτευμάτων ή ιατρικών συσκευών για να επιτευχθεί αποτελεσματική αποστείρωση.
Αναφέρεται επίσης ότι τα ενεργά βορίδια μετάλλων όχι μόνο έχουν αντιβακτηριακή λειτουργία, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν τη λειτουργία "σύλληψης βορίου" για να συνδυαστούν με τον ελεύθερο λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνη που απελευθερώνεται από νεκρά βακτήρια για να αναστείλει αποτελεσματικά την υπερβολική φλεγμονώδη αντίδραση που προκαλείται από νεκρά βακτήρια.
Επομένως, αυτό το υλικό μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για μια σειρά ασθενειών που σχετίζονται με βακτηριακές λοιμώξεις, όπως δερματική λοίμωξη, λοίμωξη τραύματος και γαστρεντερικό έλκος, για να λύσει το κλινικό πρόβλημα ότι οι παραδοσιακοί αντιβακτηριδακοί παράγοντες περιορίζονται μόνο στη θανάτωση ζωντανών βακτηρίων και δεν μπορούν να αναστείλουν τα νεκρά βακτήρια για να προκαλέσουν υπερβολική φλεγμονή του ξενιστή.
Η ομάδα ανακάλυψε περαιτέρω ότι η ιδιότητα «σύλληψης βορίου» των ενεργών βοριδίων μετάλλων μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία του σακχάρου συμπλέγοντας βασικές θέσεις σακχάρου, παίζοντας έτσι σημαντικό ρόλο στη θεραπεία επιπλοκών του διαβήτη και άλλων ασθενειών του μεταβολισμού της γλυκόζης.
Προέβλεψαν ότι η ελεγχόμενη απελευθέρωση ιόντων αυτού του είδους υλικού έχει επίσης τη δυνατότητα να ρυθμίζει το ρεύμα ιόντων και αναμένεται να διαδραματίσει δυνητικά σημαντικό ρόλο στον τομέα των νευρολογικών παθήσεων.
Πραγματοποιήστε αποτελεσματική θεραπεία μολυσμένων πληγών
Αναφέρεται ότι η βακτηριακή λοίμωξη είναι ένας σημαντικός λόγος για χρόνια επούλωση πληγών, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε σήψη, πολλαπλή ανεπάρκεια οργάνων και ακόμη και θάνατο σε σοβαρές περιπτώσεις.
Επί του παρόντος, τα αντιβιοτικά και τα αντιβακτηριακά νανο φάρμακα χρησιμοποιούνται κυρίως στην κλινική θεραπεία της μόλυνσης του τραύματος. Αν και αυτά τα φάρμακα μπορούν να αναστείλουν αποτελεσματικά την ανάπτυξη βακτηρίων, τα νεκρά βακτήρια θα απελευθερώσουν μια μεγάλη ποσότητα ελεύθερου λιποπολυσακχαρίτη ή πεπτιδογλυκάνης, η οποία θα ενεργοποιήσει τα ανοσοκύτταρα του ξενιστή και θα προκαλέσει υπερβολική φλεγμονώδη αντίδραση, με αποτέλεσμα τη μακροπρόθεσμη αποτυχία επούλωσης της πληγής. περιορίζοντας τη θεραπευτική δράση αυτών των φαρμάκων.
Επομένως, το πώς να κάνουμε τα φάρμακα να έχουν τη διπλή λειτουργία της αναστολής της ανάπτυξης ζωντανών βακτηρίων και της πρόκλησης υπερβολικής φλεγμονής από νεκρά βακτήρια είναι ένα επιστημονικό πρόβλημα που πρέπει να επιλυθεί επειγόντως.
Εικόνα | Σχηματικό διάγραμμα ζωντανών βακτηρίων και νεκρών βακτηρίων που εμποδίζουν την επούλωση τραυμάτων (πηγή: ομάδα Bu Wenbo)
Έχει αποδειχθεί ότι ορισμένα βασικά συστατικά των παθογόνων παίζουν βασικό ρόλο στη δομή και τη λειτουργία τους. Για παράδειγμα, ο λιποπολυσακχαρίτης/πεπτιδογλυκάνη είναι τα βασικά συστατικά των αρνητικών κατά Gram βακτηρίων και των θετικών κατά Gram βακτηρίων αντίστοιχα.
Από τη μία πλευρά, ο λιποπολυσακχαρίτης/πεπτιδογλυκάνη είναι το βασικό δομικό συστατικό του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος, το οποίο παίζει ρόλο στη διατήρηση της ακεραιότητας της βακτηριακής δομής και στην προστασία των βακτηρίων από τη θανάτωση αντιβακτηριακών παραγόντων.
Από την άλλη πλευρά, ο λιποπολυσακχαρίτης/πεπτιδογλυκάνη είναι επίσης το κύριο λειτουργικό συστατικό της βακτηριακής τοξίνης, η οποία μπορεί να απελευθερωθεί από την εξωτερική μεμβράνη των νεκρών βακτηρίων. Έχει επίσης υψηλή ανοσογονικότητα, η οποία μπορεί να προκαλέσει υπερβολική φλεγμονή στον ξενιστή και να καταστρέψει τον ιστό του ξενιστή.
Αξίζει να σημειωθεί ότι ο λιποπολυσακχαρίτης/πεπτιδογλυκάνη περιέχει τυπικές 1,2 - ή 1,3-ο-διυδροξυ ομάδες, οι οποίες αποτελούν σημαντική δομική βάση για την εκτέλεση των αντίστοιχων λειτουργιών του λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνης.
Ως εκ τούτου, η ομάδα υπέθεσε ότι εάν η βασική ομάδα λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνης συλλαμβανόταν με χημικά μέσα, θα μπορούσε όχι μόνο να αναστείλει τη βιωσιμότητα των ζωντανών βακτηρίων δομικά, αλλά και να αναστείλει την υπερβολική φλεγμονή που προκαλείται από νεκρά βακτήρια λειτουργικά, επιτυγχάνοντας έτσι τον στόχο της προώθησης αποτελεσματική επούλωση πληγών.
Λοιπόν, πώς να σχεδιάσετε νέα λειτουργικά υλικά από την άποψη της επιστήμης των υλικών και πώς να συλλάβετε το βασικό συστατικό των βακτηρίων - λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνη, έτσι ώστε τα υλικά να μπορούν να αναστέλλουν την ανάπτυξη ζωντανών βακτηρίων και να αναστέλλουν την υπερβολική φλεγμονή που προκαλείται από νεκρά βακτήρια , είναι το κλειδί για την επίτευξη αποτελεσματικής θεραπείας μολυσμένων πληγών.
Με βάση αυτό, η ομάδα σκέφτηκε αρχικά τα βορικά υλικά, τα οποία είναι πλούσια σε διυδροξυ ομάδες βορίου και μπορούν να αντιδράσουν με τις γειτονικές διυδροξυ ομάδες σακχάρου για να σχηματίσουν δυναμικούς δεσμούς βορικού εστέρα. Αυτός ο δυναμικός ομοιοπολικός δεσμός έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για την αναγνώριση ουσιών όπως η υποστήριξη αίματος, η γλυκόζη και η τριφωσφορική αδενοσίνη.
Δυστυχώς, ο δεσμός βορικού εστέρα είναι πολύ εύκολο να διαχωριστεί κάτω από όξινες και φλεγμονώδεις συνθήκες και μπορεί τα βορικά υλικά να μην είναι κατάλληλα για τέτοια μοντέλα ασθενειών.
Για αυτόν τον λόγο, η ομάδα εξέτασε περαιτέρω εάν θα μπορούσε να βελτιώσει τη σταθερότητα των δεσμών βορικού εστέρα στο παθολογικό μικροπεριβάλλον σχεδιάζοντας υλικά;
Μετά από διερεύνηση της κλασικής αντίδρασης της «συμπλοκοποίησης βορικού οξέος-σακχάρου», διαπίστωσαν ότι η σταθερότητα του δεσμού βορικού εστέρα σχετίζεται στενά με τη διαμόρφωση του στοιχείου βορίου.
Υπό αλκαλικές συνθήκες, η διαμόρφωση του βορίου μπορεί να αλλάξει από sp2 σε sp3. Αυτή η διαδικασία μπορεί να προκαλέσει την αλλαγή της γωνίας δεσμού της διυδροξυ ομάδας βορίου, απελευθερώνοντας έτσι αποτελεσματικά την τάση δεσμού του κυκλικού δεσμού βορικού εστέρα, βελτιώνοντας έτσι τη σταθερότητα του δεσμού βορικού εστέρα.
Με βάση τις παραπάνω αρχές, η ομάδα πιστεύει ότι ο σχεδιασμός υλικών που μπορούν να σχηματίσουν σταθερούς δεσμούς βορικού εστέρα θα είναι το κλειδί για την αποτελεσματική δέσμευση λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνης.
Με βάση το παραπάνω υπόβαθρο, σχεδίασαν και συνέθεσαν αυτό το είδος ενεργού βοριδίου μετάλλου, το οποίο μπορεί να υδρολυθεί για να δημιουργήσει διυδροξυ και υδροξείδιο του βορίου και να απελευθερώσει μεταλλικά κατιόντα.
Μεταξύ αυτών, το αλκαλικό μικροπεριβάλλον που δημιουργείται από τη ρίζα υδροξυλίου μπορεί να αλλάξει τη διαμόρφωση του ατόμου βορίου από sp2 σε sp3, προάγοντας έτσι την αντίδραση εστεροποίησης μεταξύ διυδροξυ ομάδας βορίου και γειτονικής διυδροξυ ομάδας σακχάρου, σχηματίζοντας έτσι σταθερό δεσμό βορικού εστέρα.
Αυτό σημαίνει επίσης ότι ο λιποπολυσακχαρίτης/πεπτιδογλυκάνη στην επιφάνεια των βακτηρίων μπορεί να δεσμευτεί χρησιμοποιώντας αυτόν τον νέο μηχανισμό "σύλληψης βορίου": αφενός μπορεί να αποστειρώσει καταστρέφοντας τη δομή των ζωντανών βακτηρίων, αφετέρου μπορεί εξουδετερώνει την τοξίνη που απελευθερώνεται από τα νεκρά βακτήρια και τελικά προάγει αποτελεσματικά την επούλωση των μολυσμένων πληγών.
Μέσω αυτής της στρατηγικής, έλυσαν το πρόβλημα της κλινικής συμφόρησης ότι οι παραδοσιακοί αντιβακτηριδακοί παράγοντες περιορίζονταν μόνο στη θανάτωση ζωντανών βακτηρίων, αλλά δεν μπορούσαν να αναστείλουν την υπερβολική φλεγμονή που προκαλείται από νεκρά βακτήρια.
Εικόνα | Σχηματικό διάγραμμα αντιβακτηριακών και αντιφλεγμονωδών επιδράσεων με χρήση μηχανισμού «σύλληψης βορίου» (πηγή: ομάδα Bu Wenbo)
Ωστόσο, το ερώτημα ακολουθεί. Πώς μπορούν τα ενεργά μεταλλικά βορίδια να επιτύχουν αντιβακτηριακά και αντιφλεγμονώδη αποτελέσματα μετά τη δέσμευση λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνης στην επιφάνεια των βακτηρίων;
Η έρευνα για τον μοριακό βιολογικό μηχανισμό δείχνει ότι ο συνδυασμός ενεργών βοριδίων μετάλλων και λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνης στην βακτηριακή επιφάνεια μπορεί να αυξήσει σημαντικά τη συγκέντρωση τοπικών κατιόντων στην βακτηριακή επιφάνεια, όπως ιόντα Mg, τα οποία μπορούν να αλλάξουν το δυναμικό της μεμβράνης της βακτηριακής εξωτερικής μεμβράνης , καταστρέφοντας έτσι τη διαπερατότητα της μεμβράνης, ενεργοποιώντας τελικά τη οδό σήματος αποικοδόμησης του βακτηριακού RNA και παίζοντας το ρόλο της αποτελεσματικής αποστείρωσης.
Από την άλλη πλευρά, ο συνδυασμός ενεργών βοριδίων μετάλλων και ελεύθερου λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνης που απελευθερώνεται από νεκρά βακτήρια μπορεί να αναστείλει αποτελεσματικά τη φωσφορυλίωση των MAPK που προκαλείται από ελεύθερο λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνη, συμπεριλαμβανομένων των οδών σήματος P38, Erk και JNK, αναστέλλοντας έτσι τη φλεγμονώδη αντίδραση.
Μια σειρά πειραμάτων in vivo έδειξε ότι το ενεργό μεταλλικό βορίδιο έχει την ικανότητα να προάγει σημαντικά την επούλωση μολυσμένων πληγών σε ποντίκια. Μπορεί να ειπωθεί ότι αυτή η μελέτη όχι μόνο έλυσε το βασικό πρόβλημα της συμφόρησης ότι τα νεκρά βακτήρια είναι εύκολο να προκαλέσουν υπερβολική φλεγμονή, η οποία αγνοήθηκε σε προηγούμενες μελέτες, αλλά αποκάλυψε δημιουργικά τον νέο μηχανισμό ενεργών μεταλλικών βοριδίων σε αντιβακτηριακές και αντιφλεγμονώδεις πτυχές. η οποία αναμένεται να δώσει νέες ιδέες για την ανάπτυξη νέων αντιβακτηριακών και επουλωτικών τραυμάτων και τη θεραπεία κλινικών αντιμολυσματικών ασθενειών.
Συνοψίζοντας τα παραπάνω, η ομάδα του Bu Wenbo συνόψισε αυτό το είδος ενεργού υλικού βοριδίου μετάλλου ως υλικό "μαγνητικό βορίου", πρότεινε τη στρατηγική του "μαγνητικού βορίου" για να συλλάβει τα βασικά συστατικά των βακτηρίων και αποκάλυψε την αντιβακτηριακή και αντιφλεγμονώδη λειτουργία του μηχανισμός, ο οποίος μπορεί να επιτύχει αποτελεσματική θεραπεία μολυσμένων πληγών.
Πρόσφατα δημοσιεύθηκαν σχετικές εργασίες στο Nature Communications με τίτλο «Reactive metal boride nanoparticles trap lipopolysaccharide and peptidoglycan forbacterial infected plag healing».
(Πηγή: Nature Communications)
Ο Meng Yun, το 10ο Λαϊκό Νοσοκομείο που συνδέεται με το Πανεπιστήμιο Tongji, ο Chen Lijie, μεταδιδακτορικός συνεργάτης του Τμήματος Επιστήμης Υλικών του Πανεπιστημίου Fudan, και ο Chen Yang, επίκουρος καθηγητής της Σχολής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Ζωής του Πανεπιστημίου Tongji, είναι οι συνεργάτες. -πρώτοι συγγραφείς της εργασίας. Ο Bu Wenbo, καθηγητής του Τμήματος Επιστήμης Υλικών του Πανεπιστημίου Fudan, και ο Wu Yelin, ερευνητής του 10ου Λαϊκού Νοσοκομείου που συνδέεται με το Πανεπιστήμιο Tongji, και της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Tongji, είναι οι συν-αντίστοιχοι συγγραφείς [1].
Two "similarities and differences" between active metal borides and bacteria
Κοιτάζοντας πίσω, το θέμα προέρχεται από τη διαπίστωση ότι ο κύριος λόγος για τον οποίο οι μολυσμένες πληγές είναι δύσκολο να επουλωθούν είναι ότι δεν μπορούν να λάβουν υπόψη τη θανάτωση ζωντανών βακτηρίων και την αναστολή της υπερβολικής φλεγμονής που προκαλείται από νεκρά βακτήρια.
Προκειμένου να λύσουν αυτό το πρόβλημα συμφόρησης, επικεντρώθηκαν στα βασικά συστατικά πολυσακχαρίτη (λιποπολυσακχαρίτης/πεπτιδογλυκάνη) που μοιράζονται ζωντανά και νεκρά βακτήρια, άντλησαν μαθήματα από την κλασική αντίδραση εστεροποίησης μεταξύ διυδροξυλίου βορίου και ορθοδιυδροξυλίου, χρησιμοποίησαν επιδέξια τον λιποπολυσακχαρίτη του διυδροξυλίου/πεπτιδογλυκάνης. πολύπλοκα βακτήρια που παράγονται από την υδρόλυση υλικών βορικού οξέος για να μπλοκάρουν τις βιολογικές επιδράσεις των βακτηρίων.
Ταυτόχρονα, προκειμένου να ξεπεραστεί το πρόβλημα της συμφόρησης ότι ο δεσμός βορικού εστέρα είναι εύκολο να διαχωριστεί υπό όξινες και φλεγμονώδεις συνθήκες, η ομάδα σχεδίασε και συνέθεσε ένα νέο τύπο συστήματος ενεργού μεταλλικού βοριδίου. Εικάζεται ότι το υδροξείδιο που απελευθερώνεται από την υδρόλυση μπορεί να δημιουργήσει ένα αλκαλικό μικροπεριβάλλον, το οποίο βοηθά στη βελτίωση της σταθερότητας του δεσμού βορικού εστέρα.
Στη συνέχεια, η έρευνα εισέρχεται στο στάδιο της επαλήθευσης σκοπιμότητας. Συγκεκριμένα, η ομάδα υιοθέτησε τη βελτιωμένη μέθοδο αυτοδιάδοσης καύσης σε υψηλή θερμοκρασία για την παρασκευή μιας σειράς ενεργών μεταλλικών βοριδίων με μέγεθος σωματιδίων περίπου 200 nm.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το βορικό μαγνήσιο, η ερευνητική ομάδα επαλήθευσε πρώτα τα χαρακτηριστικά του υλικού για να δημιουργήσει ένα αλκαλικό μικροπεριβάλλον απελευθερώνοντας υδροξείδιο κατά την υδρόλυση.
Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, παρατήρησαν ότι τα ενεργά βορίδια μετάλλων μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς βορικού εστέρα με συμπλοκοποίηση με λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνη. Επιπλέον, το προκαταρκτικό αντιβακτηριακό πείραμα αποδεικνύει ότι το βορικό μαγνήσιο έχει εξαιρετικές αντιβακτηριακές ιδιότητες, γεγονός που επικυρώνει επίσης τη σκοπιμότητα του έργου.
Στη συνέχεια, η έρευνα εισήλθε στο στάδιο του συστηματικού ελέγχου των λειτουργικών ιδιοτήτων των υλικών. Η ομάδα ανέλυσε τα χαρακτηριστικά της υδρόλυσης μιας σειράς βοριδίων ενεργών μετάλλων για την παραγωγή διυδροξυ, υδροξειδίου και απελευθέρωσης μεταλλικών ιόντων βορίου και χρησιμοποίησε φασματοσκοπία υπερύθρου και άλλες τεχνολογίες δοκιμών για να αποδείξει ότι αυτή η σειρά ενεργών βοριδίων μετάλλων μπορεί να αντιδράσει με λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνη και βακτήρια, σχηματίζοντας έτσι δεσμούς βορικού εστέρα.
Επιπλέον, μέσω θεωρητικού υπολογισμού, βρήκαν ότι τα ενεργά βορίδια μετάλλων μπορούν να συμπλοκοποιηθούν με λιποπολυσακχαρίτη για να σχηματίσουν δεσμούς βορικού εστέρα και η ενέργεια του δεσμού είναι επίσης ισχυρότερη από την αντίστοιχη συμπλοκοποίηση βορικού οξέος. Μέσω της χαρτογράφησης SEM, η ομάδα παρατήρησε επίσης τα βασικά πειραματικά δεδομένα ότι τα ενεργά βορίδια μετάλλων συνδέονται πιο εύκολα με το βορικό κυτταρικό τοίχωμα από το βορικό οξύ, αποδεικνύοντας ότι τα ενεργά βορίδια μετάλλων μπορούν να σχηματίσουν σταθερούς δεσμούς βορικού εστέρα με λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνη.
Στη συνέχεια, η έρευνα εισήλθε στο στάδιο της αποκάλυψης του αντιβακτηριακού και αντιφλεγμονώδους μηχανισμού των ενεργών μεταλλικών βοριδίων. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η ομάδα χρησιμοποίησε διαδοχικά κυτταρομετρία ροής, βιολογική ηλεκτρονική μικροσκοπία, συνεστιακή με λέιζερ και άλλες μεθόδους δοκιμής για να αξιολογήσει την εξαιρετική αντιβακτηριακή δράση του ενεργού βοριδίου μετάλλου και παρατήρησε ότι το ενεργό βορίδιο μετάλλου μπορεί να αλλάξει το δυναμικό μεμβράνης της βακτηριακής κυτταρικής μεμβράνης. έσπασε και η βακτηριακή κυτταρική μεμβράνη.
Στη συνέχεια, μέσω πειραμάτων προσδιορισμού αλληλουχίας μεταγραφομένων, διαπίστωσαν ότι η αιτία του βακτηριακού θανάτου που προκαλείται από ενεργά μεταλλικά βορίδια σχετιζόταν στενά με την υπερενεργοποιημένη οδό σήματος αποδόμησης RNA στα βακτήρια
Με βάση τα παραπάνω αποτελέσματα, η ομάδα έκανε την ακόλουθη εικασία: ο συνδυασμός ενεργών μεταλλικών βοριδίων και λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνης στην βακτηριακή επιφάνεια μπορεί να αυξήσει σημαντικά την τοπική συγκέντρωση κατιόντων μετάλλου στην βακτηριακή επιφάνεια, αλλάζοντας έτσι το δυναμικό μεμβράνης της βακτηριακής εξωτερικής μεμβράνης και καταστρέφοντας τη διαπερατότητα της μεμβράνης, ενεργοποιώντας έτσι το μονοπάτι σήματος αποικοδόμησης του βακτηριακού RNA και τελικά επιτυγχάνοντας αποτελεσματική αποστείρωση.
Από την άλλη πλευρά, μέσω του πειράματος ενεργοποίησης των ανοσοκυττάρων, η ομάδα απέδειξε επίσης ότι το ενεργό βορίδιο μετάλλου μπορεί να συνδυαστεί με τον ελεύθερο λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνη που απελευθερώνεται από τα νεκρά βακτήρια και στη συνέχεια να αναστείλει τη φωσφορυλίωση των MAPK που προκαλείται από ελεύθερο λιποπολυσακχαρίτη/πεπτιδογλυκάνη. Τα μονοπάτια σήματος P38, Erk και JNK, παίζουν έτσι ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό αντιφλεγμονώδες αποτέλεσμα.
Το τελευταίο βήμα είναι το στάδιο της λειτουργικής επαλήθευσης των ζωντανών ποντικών. Στο μοντέλο βακτηριακής λοίμωξης σε ποντίκια, στο μοντέλο φλεγμονής ποντικού που προκαλείται από νεκρά βακτήρια και στο μοντέλο μολυσμένου τραύματος, η ομάδα επαλήθευσε συστηματικά τις αντιμολυσματικές, αντιφλεγμονώδεις και προαγωγικές επιδράσεις των υλικών σε μολυσμένο τραύμα και επαλήθευσε επίσης το αντιβακτηριδιακές, αντιφλεγμονώδεις και προαγωγικές επιδράσεις των ενεργών μεταλλικών βοριδίων στην επούλωση μολυσμένων πληγών από το επίπεδο των παθολογικών τομών και τον ανοσοφθορισμό. Σε αυτό το σημείο, δώσαμε επιτέλους ένα πλήρες τέλος σε αυτό το θέμα.
Για την ερευνητική διαδικασία, ο Bu Wenbo είπε επίσης μια ιστορία: «Στο πρώιμο στάδιο του πειράματος, προσπαθήσαμε να συνθέσουμε μια σειρά ενεργών μεταλλικών βοριδίων που μπορούν να αποσυντεθούν σε υδατική φάση και να επαληθεύσουμε εάν το υλικό έχει την προβλεπόμενη αντιβακτηριακή λειτουργία.
Τα προκαταρκτικά πειραματικά αποτελέσματα μας έφεραν μια μεγάλη έκπληξη - η σειρά ενεργών μεταλλικών βοριδίων έχει εξαιρετική αντιβακτηριακή δράση. Αξίζει να σημειωθεί ότι για τα ίδια βακτήρια, διαφορετικοί τύποι ενεργών μεταλλικών βοριδίων δεν είναι ίδιοι. Για διαφορετικά είδη βακτηρίων, ο ίδιος τύπος ενεργών μεταλλικών βοριδίων εμφανίζει επίσης διαφορετικές αντιβακτηριακές δράσεις. "
Αυτό δείχνει ότι οι αντιβακτηριακές λειτουργίες διαφορετικών ενεργών βοριδίων μετάλλων είναι διαφορετικές και υπάρχει ακόμη πολύς χώρος για να διερευνηθούν τα χαρακτηριστικά των διαφόρων υλικών, να εξερευνηθούν νέοι αντιβακτηριακοί μηχανισμοί υλικών και να βελτιστοποιηθούν οι αντιβακτηριακές λειτουργίες των υλικών στο μέλλον.
«Το αρσενικό του άλλου, η γλυκιά γεύση αυτού»
Όταν σχεδίαζε υλικά, ο Bu Wenbo επικοινώνησε κατά λάθος με έναν ερευνητή στον τομέα της υπεραγωγιμότητας και έμαθε ότι το διβορίδιο του μαγνησίου, ένα κλασικό υλικό στον τομέα αυτό, έχει ένα μοναδικό φαινόμενο που αποσυντίθεται όταν συναντά την υγρασία και επηρεάζει την επακόλουθη πειραματική απόδοση.
«Από τη σκέψη της αντίστροφης σκέψης, διαπιστώσαμε ότι όταν αυτό το είδος υλικού εφαρμόζεται στο υπεραγώγιμο πεδίο, έχει το εγγενές ελάττωμα της κακής σταθερότητας, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το βιοϊατρικό πεδίο και στη συνέχεια να μετατραπεί σε ένα μοναδικό πλεονέκτημα απόδοσης ." είπε ο Bu Wenbo.
Ταυτόχρονα, αυτό το επίτευγμα ολοκληρώθηκε από κοινού από τους εργάτες υλικών του Πανεπιστημίου Fudan και τους βιοϊατρικούς ερευνητές του 10ου Λαϊκού Νοσοκομείου που συνδέεται με το Πανεπιστήμιο Tongji, το οποίο αντικατοπτρίζει πλήρως τη σημασία της διασταύρωσης της ιατρικής και της βιομηχανικής εργασίας και τη στενή συνεργασία του προσωπικού από διαφορετικούς κλάδους. Αυτός ο τρόπος συνεργασίας δίνει επίσης παιχνίδι στα αντίστοιχα πλεονεκτήματα των πανεπιστημίων και των νοσοκομείων.
Στη συνέχεια, η ομάδα θα μελετήσει σε βάθος τον μοναδικό μηχανισμό υλικού «σύλληψης βορίου» των ενεργών μεταλλικών βοριδίων. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, σε αυτή τη μελέτη, παρατήρησαν ξεκάθαρα τη διαφορά απόδοσης "σύλληψης βορίου" μεταξύ του ενεργού βοριδίου μετάλλου και του κοινού συστατικού βορικού οξέος. Επομένως, θα διερευνήσουν από την προοπτική των χαρακτηριστικών πολυκεντρικής σύνδεσης του συστατικού βορικού οξέος.
Δεύτερον, η ομάδα θα διερευνήσει επίσης τον νέο αντιβακτηριακό μηχανισμό ενεργού μεταλλικού βοριδίου "σύλληψη βορίου". Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η αντιβακτηριακή δράση διαφορετικών ενεργών μεταλλικών βοριδίων στα ίδια βακτήρια δεν είναι η ίδια. Για διαφορετικά βακτήρια, ακόμη και το ίδιο ενεργό μεταλλικό βορίδιο θα παρουσιάζει διαφορετικές δραστηριότητες.
Ως εκ τούτου, θα εξερευνήσουν σχετικούς μοριακούς βιολογικούς μηχανισμούς, θα βοηθήσουν στον εντοπισμό αντιβακτηριακών παραγόντων με τις καλύτερες λειτουργίες και θα βρουν το καλύτερο σχέδιο για την παραγωγή αντιβακτηριακών παραγόντων.
Φυσικά, η ομάδα θα προσπαθήσει επίσης να προωθήσει την κλινική μετατροπή ενεργών μεταλλικών βοριδίων. Προς το παρόν, το επίτευγμα έχει εφαρμοστεί για σχετικά διπλώματα ευρεσιτεχνίας. Στη συνέχεια, θα μελετήσουν συστηματικά την ασφάλεια των ενεργών βοριδίων μετάλλων in vivo και in vitro και θα αναπτύξουν σχετικές υδρογέλες, σκόνες, επιθέματα και άλλα προϊόντα, προκειμένου να αξιολογήσουν τη βιολογική δραστηριότητα και σταθερότητα τέτοιων προϊόντων και να προωθήσουν τελικά τον κλινικό μετασχηματισμό.
υλικό αναφοράς:
1.Meng, Υ., Chen, L., Chen, Υ. et αϊ. Τα αντιδραστικά νανοσωματίδια βοριδίου μετάλλου παγιδεύουν λιποπολυσακχαρίτη και πεπτιδογλυκάνη για την επούλωση πληγών που έχουν μολυνθεί από βακτήρια. Nat Commun 13, 7353 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35050-6
