同样是磁性纳米颗粒，人家为什么能抗生物被膜感染 发11.5分的文章？！

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原文标题：

Artificial Channels in an Infectious Biofilm Created by 

Magnetic Nanoparticles Enhanced Bacterial Killing by Antibiotics

原文作者：

Kecheng Quan, et al.

期刊来源：Small

影响因子：IF=11.5

背景介绍

细菌感染主要是由于细菌在生物膜的保护下可以免受抗菌剂的杀灭，细菌感染预计将成为2050年的头号死因。而在纳米医学中，磁性纳米颗粒由于其优良的生物相容性，被广泛用于磁共振成像、磁靶向给药和控制磁热疗。因此，抗菌磁性纳米粒子也可以作为对抗感染性生物膜的一种新策略。

研究思路

通常情况下，抗菌药物很难穿透生物膜，因此只有生物膜表面的细菌被抗菌制剂杀死，而生活在生物膜深层的细菌仍能在抗菌治疗中存活，这完全不利于抗菌治疗（图1a）。
受到芽孢杆菌具有在生物膜中创建通道的能力的启发，研究人员根据磁性纳米颗粒在磁场的强迫驱动下可以在细胞膜内运动，从而完成人工通道的构建的思路，为抗菌制剂提供通道，以提高抗菌药物的穿透能力，并增强其细菌杀灭能力（图1b）。
 
图1利用磁性强迫纳米颗粒在细胞膜上穿孔概念图
实验部分

为了验证该方法是否可行，研究人员制备了磁性氧化铁纳米颗粒(MIONPs)。并采用动态光散射法(DLS)测量了MIONPs的粒径分布（图2a），借助透射电子显微镜图像(TEM) 以及扫描电子显微镜(SEM 图3a)观察了MIONPs的形貌与尺寸，与TEM和SEM的检测结果相对应。
DLS进一步表明，暴露于10%血清或胰蛋白酶大豆肉汤后，MIONPs的直径有所增加(图3b)。用X射线衍射(XRD)分析了MIONPs的结构（图2b）。
并以具有/不具有产生EPS能力的金黄色葡萄球菌菌株为实验对象进行实验发现：在磁强迫MIONP运动通过之前，在覆盖层和横截面图像上都表现出高度致密(图2d)，没有明显的通道或孔洞。
在磁强迫MIONPs按照图1b所示模式通过生物膜后，两种金黄色葡萄球菌的生物膜厚度均出现了下降，并且形成了人为构建的膜通道（图2e），与图2 d形成明显对比。
图2
 图3
实验中没有可见的与表面平行的通道出现。这可能是与磁力不足以在大量的生物膜表面以与表面平行的方向推动或拉动磁性纳米颗粒有关。这也表明生物膜中的MIONPs和葡萄球菌之间没有直接相互作用。SEM进一步证实了静电双层斥力抑制了葡萄球菌与MIONPs之间的直接相互作用(图4 b,c)。
图4
在后续一系列实验中，将葡萄球菌暴露于浓度为500 μg·mL⁻¹的MIONP磷酸盐缓冲生理盐水(PBS)中，在庆大霉素存在与否的情况下，不施加或施加磁强迫移动MIONP。
细菌计数结果表明，无论是否施加磁强迫运动，缺乏庆大霉素(0μg mL−1)的实验组都不能显著减少菌落数目（图5 a,b）和细菌总数（图5 c,d），这证实了MIONPs和葡萄球菌之间没有直接的相互作用，即金黄色葡萄球菌的死亡完全是由于庆大霉素借助于MIONP所创建的人工通道渗透进胞内将病原菌杀死的，而不是MIONP本身具有杀菌作用。
图5金黄色葡萄球菌ATCC 12600和5298不同处理条件下的CFU形成情况。（G表示庆大霉素，MIONPs −和MIONPs+分别表示磁性强迫纳米颗粒运动的存在和不存在）
文章亮点

本文的研究提供了一种利用MIONPs结合临床应用的抗生素疗法，加强对感染性生物膜的根除。更重要的是通过利用MIONPs在生物膜中挖建人工通道的优势可能不仅局限于庆大霉素。因此使用磁性纳米颗粒来构建细胞膜上的人工通道应该会有很好的应用前景。

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