石亭旺,陳云豐
上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院骨科,上海 200233
致病菌是一類(lèi)高度復(fù)雜的微生物,攜帶著編碼數(shù)百種蛋白質(zhì)的復(fù)雜基因,其侵入人體可引起包括心內(nèi)膜炎、膿腫甚至敗血癥在內(nèi)的多種感染性疾病。幾十年來(lái),抗生素的廣泛應(yīng)用雖然極大地改善了感染的預(yù)后,但其通過(guò)多種途徑導(dǎo)致了細(xì)菌耐藥性的發(fā)展[1-2]。當(dāng)前,多藥耐藥(multidrug resistance,MDR)菌已被證明與臨床日益增多的致死性感染如膿毒癥、細(xì)菌性腦膜炎等息息相關(guān)[1,3]。除了細(xì)菌本身的因素外,某些感染微環(huán)境復(fù)雜的病理生理特點(diǎn)也使得傳統(tǒng)的治療手段難以奏效。例如,慢性骨髓炎由于生物膜形成、血供破壞及清創(chuàng)術(shù)后死腔形成,抗菌藥物對(duì)于感染部位的滲透有限[4-5];而中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染由于血腦屏障的存在,所有的大分子藥物及98%的小分子藥物不能到達(dá)靶部位[3]。因此,尋找一種全新并且安全有效的抗菌策略很有必要。
近年來(lái),納米顆粒(nanoparticle,NP)在感染性疾病的精確診斷和有效治療中的潛力受到廣泛關(guān)注[6-7]。然而,NP尤其是合成納米顆粒一旦在體內(nèi)應(yīng)用,將不可避免地被免疫系統(tǒng)識(shí)別并清除,使其難以達(dá)到理想的治療效果[8]。近年來(lái),生物啟發(fā)的“隱身”策略,即通過(guò)在NP表面涂覆一層細(xì)胞膜,提供了一種功能化納米顆粒的方法。相關(guān)研究[8-10]表明,通過(guò)細(xì)胞膜包被技術(shù),源細(xì)胞膜的相關(guān)功能如免疫逃避、主動(dòng)靶向、炎癥歸巢等可被賦予納米顆粒。細(xì)胞膜包被的 納 米 顆 粒 (cell membrane-coated nanoparticle,CMCNP)具有良好的仿生特性及整合潛能,為解決抗生素耐藥及復(fù)雜感染提供了思路。為了對(duì)相關(guān)研究提供依據(jù),現(xiàn)將CMCNP的制備、表征及其在抗感染治療中的研究進(jìn)展作一綜述。
CMCNP是由細(xì)胞膜囊泡和納米核心組成的“殼-核”結(jié)構(gòu)(圖1),其制備主要包括膜提取、核心納米顆粒的制備及細(xì)胞膜的包被[11]。
圖1 CMCNP的結(jié)構(gòu)示意Fig 1 Structural representation of CMCNP
提取細(xì)胞膜的方法通常包括細(xì)胞裂解和膜純化,其具體步驟依據(jù)細(xì)胞類(lèi)型的不同而有差異[12]。
1.1.1 原核細(xì)胞膜的提取 對(duì)于無(wú)核細(xì)胞如紅細(xì)胞和血小板,首先分別從全血和富血小板血漿(platelet rich plasma,PRP)中分離足量的紅細(xì)胞和血小板,然后利用低滲處理或反復(fù)凍融法裂解細(xì)胞,最后通過(guò)離心去除細(xì)胞內(nèi)的可溶性蛋白而獲得細(xì)胞膜片段[13-14]。
與紅細(xì)胞和血小板相比,細(xì)菌除了外圍的細(xì)胞膜外,還被一層剛性的肽聚糖包裹,這對(duì)細(xì)菌膜的提取帶來(lái)了困難。但是,某些革蘭陰性菌在生理狀態(tài)下能向外分泌細(xì)菌膜囊泡(outer membrane vesicle,OMV),而這些OMV可不經(jīng)過(guò)細(xì)胞裂解而直接從細(xì)菌培養(yǎng)基濾液中收集[15]。除此之外,Wang等[16]報(bào)道了一種利用氮?dú)饪栈@取革蘭陰性細(xì)菌膜的方法,氮?dú)饪栈稍诩?xì)胞內(nèi)形成急劇變化的機(jī)械力;該機(jī)械力可使細(xì)胞破裂,內(nèi)容物(如蛋白質(zhì)和遺傳分子)釋放,通過(guò)逐步離心去除蛋白質(zhì)和核酸而最終收集到細(xì)菌雙層膜(細(xì)菌膜-肽聚糖-外膜)囊泡(double-layered membrane vesicle,DMV)。Wang等[16]認(rèn)為,氮?dú)饪栈墒辜?xì)菌受力快速而均勻,且在該過(guò)程中,細(xì)菌膜蛋白沒(méi)有受到熱或化學(xué)損傷,因此該方法可同時(shí)獲得大量品質(zhì)均一的OMV。
1.1.2 真核細(xì)胞膜的提取 真核生物如巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞,由于具有靶向細(xì)菌和感染微環(huán)境的能力,是功能化CMCNP外膜的重要來(lái)源。從真核細(xì)胞中提取細(xì)胞膜比原核細(xì)胞更加復(fù)雜[17-18]。首先源細(xì)胞可能不足以在體內(nèi)分離后直接使用,因此需要進(jìn)行富集和純化。其次細(xì)胞裂解階段除需要低滲處理外,還需要進(jìn)行機(jī)械裂解,如超聲、擠壓、均質(zhì)化處理,在膜的純化階段需用差速離心法去除細(xì)胞內(nèi)成分[8]。
值得注意的是,不管是以何種方法提取細(xì)胞膜,都應(yīng)該在盡量溫和的環(huán)境中進(jìn)行,以減少位于細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)的變性。
納米材料的極小粒徑,往往使其具有某些獨(dú)特的物理化學(xué)特性,如高表面積體積比、光/磁致產(chǎn)熱(納米粒子在激光/磁場(chǎng)作用下發(fā)生能級(jí)躍遷,釋放熱量)、光動(dòng)力效應(yīng)(在光的激發(fā)下產(chǎn)生活性氧)[19]。迄今為止,已有不同大小、形狀、材質(zhì)的NP被用于構(gòu)建CMCNP,總體上可被分為有機(jī)NP和無(wú)機(jī)NP。有機(jī)NP主要包括聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA]、大分子納米明膠(supramolecular gelatin nanoparticle,SGNP)、脂質(zhì)體、殼聚糖等,其可作為抗生素載體以延長(zhǎng)藥物的半衰期、改善藥物的溶解度、減小不良反應(yīng)以及實(shí)現(xiàn)靶向運(yùn)輸和控制性釋放[6,8]。此外,由于許多無(wú)機(jī)NP如納米金(AuNP)、納米銀(AgNP)、金銀納米籠(gold-silver nanocage,GSNC)本身具有抗菌效果或磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)特性,可作為體外磁調(diào)控以及光動(dòng)力治療、光熱治療的介質(zhì)[5,7]。納米材料在抗菌領(lǐng)域的應(yīng)用,避免了大劑量使用抗生素而導(dǎo)致的細(xì)菌耐藥和全身毒性,為抗感染治療帶來(lái)了新的曙光。
最常用的2種細(xì)胞膜包被技術(shù)是機(jī)械擠出和超聲處理。前者通過(guò)外力將細(xì)胞膜和NP的混合物依次通過(guò)不同大小的孔徑擠出,使得細(xì)胞膜囊泡圍繞著納米顆粒核心重建;雖然該法有效且穩(wěn)定,但通過(guò)該法進(jìn)行CMCNP的大規(guī)模制備依然具有挑戰(zhàn)性[11-12]。在超聲處理中,組成CMCNP的2種成分受到超聲能量的影響,自發(fā)地組裝成“殼-核”結(jié)構(gòu);該法制備的CMCNP不僅與物理擠壓法制備的納米粒子一致,通過(guò)對(duì)超聲參數(shù)的調(diào)控,還可以提高涂覆效率,減少膜的用量[14]。此外,電穿孔法可通過(guò)電脈沖在細(xì)胞膜上產(chǎn)生多個(gè)瞬態(tài)空隙,使NP進(jìn)入細(xì)胞膜,完成膜的涂覆[20]。
上述方法都是在預(yù)先合成納米顆粒的基礎(chǔ)上,將納米核心作為模板進(jìn)行細(xì)胞膜的涂覆。與此不同,Zhang等[21]提出了一種在囊泡內(nèi)通過(guò)原位聚合形成NP內(nèi)核繼而完成細(xì)胞膜包被的策略。該策略確保了納米核心被細(xì)胞膜完整地覆蓋,同時(shí)細(xì)胞囊泡可作為控制聚合物核心最終尺寸的模板,使得合成的CMCNP具有均一性。
自2011年Hu等[22]利用紅細(xì)胞膜包被PLGA NP以增強(qiáng)其免疫相容性以來(lái),許多細(xì)胞膜如巨噬細(xì)胞膜[5,23-24]、血 小 板 膜[9,25]、中 性 粒 細(xì) 胞 膜[6]、細(xì) 菌膜[15-16,26]甚至基因工程細(xì)胞膜[27]均被用于NP的功能化,以達(dá)到靶向感染、黏附毒素和細(xì)菌、增強(qiáng)宿主免疫等目的(圖2)。
圖2 CMCNP在抗感染中的應(yīng)用Fig 2 Application of CMCNPto antimicrobial
2.1.1 靶向細(xì)菌 盡管致病機(jī)制不盡相同,但細(xì)菌與宿主細(xì)胞膜之間的特異性識(shí)別和交流是其侵入宿主、引起感染的必要條件[28-29]。因此CMCNP通過(guò)模擬源細(xì)胞膜的特性,不僅延長(zhǎng)了NP在血液循環(huán)中的半衰期,還具備了與相關(guān)細(xì)菌特異性識(shí)別和結(jié)合的能力[12]。
作為循環(huán)系統(tǒng)哨兵和抗感染的第一道防線(xiàn),巨噬細(xì)胞可通過(guò)細(xì)胞膜上的一系列受體如toll樣受體與致病菌的病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular pattern,PAMP)特異性識(shí)別并結(jié)合[30]。Wang等[5]利用金黃色葡萄球菌(金葡菌)預(yù)處理的巨噬細(xì)胞膜包被載抗生素GSNC,實(shí)現(xiàn)了對(duì)病原菌的特異性識(shí)別和精確殺滅;機(jī)會(huì)性細(xì)菌,包括幾種葡萄球菌和鏈球菌,通過(guò)直接和間接黏附于血小板上進(jìn)行組織定位和免疫逃逸。因此將天然血小板膜涂覆在NP的表面作為細(xì)菌誘餌可能是一種有前景的靶向策略[31]。Hu等[13]的研究表明,在相同的條件下,血小板包被的NP對(duì)于金葡菌的黏附能力是裸NP的12倍。此外,Li等[9]將血小板膜涂覆在螺旋形納米馬達(dá)的表面,借助納米馬達(dá)在低雷諾數(shù)環(huán)境中的強(qiáng)大推動(dòng)力,血小板膜對(duì)于病原菌和毒素的靶向吸附得到顯著增強(qiáng)。
當(dāng)細(xì)菌進(jìn)入機(jī)體并被宿主吞噬細(xì)胞(主要是中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)吞噬,其中大多數(shù)能被這些免疫細(xì)胞殺滅,但是仍有部分細(xì)菌能在細(xì)胞內(nèi)(尤其是巨噬細(xì)胞)長(zhǎng)期存活[32-33]。這種細(xì)胞內(nèi)寄生機(jī)制不僅可以保護(hù)細(xì)菌免受宿主防御和抗生素的影響,還使致病菌能通過(guò)劫持感染細(xì)胞作為“特洛伊木馬”,造成慢性復(fù)發(fā)性感染[34-35]。因此,設(shè)計(jì)出一種能被巨噬細(xì)胞特異性吞噬的載藥NP以達(dá)到細(xì)胞內(nèi)靶向給藥的目的可能是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。Gao等[26]將金葡菌菌膜囊泡包被在載抗生素的PLGA NP表面,使其獲得免疫原性;當(dāng)該顆粒被應(yīng)用于機(jī)體時(shí),極易被具有“免疫記憶”的感染巨噬細(xì)胞識(shí)別并吞噬,從而促使了抗生素的靶向傳遞。
2.1.2 靶向感染微環(huán)境 宿主細(xì)胞與病原菌之間的相互作用造就了特殊的感染微環(huán)境。在感染微環(huán)境中血管內(nèi)皮通透性增大、pH降低、各種炎癥因子及細(xì)菌酶廣泛存在[36-37]。因此,設(shè)計(jì)NP使其能夠特異性靶向或響應(yīng)感染微環(huán)境,對(duì)于感染的治療具有深刻的指導(dǎo)意義。
在感染環(huán)境中促炎因子(如TNF-α、IL-1β和IL-6)的作用下,中性粒細(xì)胞被活化并穿過(guò)血管內(nèi)皮細(xì)胞到達(dá)感染部位,故活化的中性粒細(xì)胞可被設(shè)計(jì)為靶向藥物載體,用于治療與感染相關(guān)的疾?。?8-39]。Wang等[6]基于細(xì)胞膜包被技術(shù),設(shè)計(jì)了一種能夠模擬活化的中性粒細(xì)胞并在感染微環(huán)境中積累的NP,實(shí)驗(yàn)證明:中性粒細(xì)胞膜仿生NP能夠穿透氣血屏障,有效治療小鼠細(xì)菌性肺炎;除此之外,中性粒細(xì)胞膜能夠顯著延長(zhǎng)治療性NP的半衰期,降低抗生素對(duì)周?chē)=M織的毒性,顯示出理想的抗菌效果。
在長(zhǎng)期的抗腫瘤研究中,有學(xué)者發(fā)現(xiàn)生物大分子傾向于優(yōu)先積聚在血管通透性增強(qiáng)的部位(如實(shí)體腫瘤組織),這一特性被稱(chēng)為高通透長(zhǎng)滯留(enhanced permeability and retention,EPR)效應(yīng)。有研究表明,EPR效應(yīng)并不僅僅存在于實(shí)體腫瘤中,在感染、炎癥等局部血管通透性增加時(shí)同樣明顯。Li等[40]報(bào)道了一種基于細(xì)胞膜修飾的明膠NP,該NP可通過(guò)EPR效應(yīng)在感染部位聚集并釋放萬(wàn)古霉素;實(shí)驗(yàn)表明,這種仿生顆粒具有極佳的抗菌效果,且能最小化抗菌藥物的用量。
致病菌常常會(huì)導(dǎo)致危及生命的感染。革蘭陽(yáng)性細(xì)菌合成和釋放成孔毒素(pore-forming toxin,PFT),革蘭陰性細(xì)菌釋放內(nèi)毒素是其重要的致病機(jī)制。成孔毒素能夠與細(xì)胞膜自發(fā)融合,形成一個(gè)七聚體結(jié)構(gòu),導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物滲出、細(xì)胞裂解;而內(nèi)毒素血癥會(huì)導(dǎo)致膿毒癥、休克、彌散性血管內(nèi)凝血甚至死亡[24,41]。已有研究證明抑制細(xì)菌毒素能極大緩解感染相關(guān)的中毒癥狀、改善預(yù)后,但是傳統(tǒng)的解毒策略依賴(lài)于抗原抗體特異性結(jié)合,一種抗體僅針對(duì)某種單一抗原,且需要對(duì)毒素結(jié)構(gòu)和致病菌種類(lèi)進(jìn)行鑒定,給臨床應(yīng)用帶來(lái)諸多不便。
2.2.1 PFT的中和 目前,已有超過(guò)80個(gè)家族的PFT被鑒定,盡管分子結(jié)構(gòu)和抗原表位不盡相同,但其共同的致病機(jī)制(靶向細(xì)胞膜、使細(xì)胞裂解)卻為設(shè)計(jì)廣泛適用的解毒平臺(tái)提供了線(xiàn)索。Rao等[29]采用共擠出法制備了以PLGA為核心、紅細(xì)胞膜為外殼的“納米海綿”。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明,這種獨(dú)特的殼-核結(jié)構(gòu)作為毒素誘餌能夠高效地吸附PFT,使其偏離預(yù)定目。Thamphiwatana等[42]的研究證實(shí)用相同策略合成的“納米海綿”可有效中和鏈球菌衍生的毒素,消除對(duì)靶細(xì)胞的毒性作用。Pang等[27]利用基因工程獲得了針對(duì)α-溶血素的單克隆抗體質(zhì)粒,然后將其轉(zhuǎn)染到細(xì)胞中,以使細(xì)胞表面表達(dá)相關(guān)抗體,利用基因工程細(xì)胞膜制備的NP能夠有效地中和α-毒素。以上結(jié)果說(shuō)明納米海綿是一種通用、高效且容易整合的解毒平臺(tái)。
2.2.2 內(nèi)毒素的中和 內(nèi)毒素血癥是由于宿主對(duì)細(xì)菌內(nèi)毒素(也稱(chēng)為脂多糖、LPS)反應(yīng)失調(diào)而引起的一種嚴(yán)重疾病。哺乳動(dòng)物免疫系統(tǒng)過(guò)度激活會(huì)導(dǎo)致全身性炎癥反應(yīng)綜合征(systemic inflammatory response syndrome,SIRS),包括膿毒癥、休克、彌漫性血管內(nèi)凝血(disseminated intravascular coagulation,DIC)和多器官功能衰竭(multipleorgan failure,MOF)[24],而有效的內(nèi)毒素清除是內(nèi)毒素血癥治療的關(guān)鍵。雖然所有的內(nèi)毒素都有共同的分子骨架,但對(duì)于不同種屬的細(xì)菌其結(jié)構(gòu)單元有很大的差異[42],因此“納米海綿”的通用性對(duì)開(kāi)發(fā)用于中和內(nèi)毒素的仿生NP具有重要的借鑒意義。由于存在CD14、TLR-4受體,巨噬細(xì)胞膜對(duì)LPS具有高親和力,巨噬細(xì)胞膜源性NP能夠作為誘餌對(duì)LPS進(jìn)行捕獲從而阻斷免疫應(yīng)答。Shen等[24]利用帶正電的氧化鐵核心和巨噬細(xì)胞膜合成了可用于捕獲內(nèi)毒素的NP;氧化鐵不僅穩(wěn)定了巨噬細(xì)胞膜外殼,還增強(qiáng)了NP對(duì)帶負(fù)電LPS的吸附作用;在內(nèi)毒素小鼠模型中,該納米誘餌顯著降低了LPS的毒性,降低了死亡率。Thamphiwatana等[42]認(rèn)為,巨噬細(xì)胞膜除了作為納米誘餌與LPS結(jié)合,還可吸附多種炎性細(xì)胞因子,從而抑制病理性“細(xì)胞因子風(fēng)暴”的形成。
在應(yīng)對(duì)抗生素耐藥性的替代策略中,抗菌疫苗的開(kāi)發(fā)一直備受關(guān)注。因?yàn)橐呙缃臃N本質(zhì)上是通過(guò)免疫訓(xùn)練使機(jī)體及早發(fā)現(xiàn)并解除細(xì)菌感染的特定機(jī)制,而并不對(duì)細(xì)菌施加直接的選擇壓力,所以一般不會(huì)導(dǎo)致耐藥的發(fā)生[43]。出于安全原因,抗毒力疫苗一般來(lái)源于類(lèi)毒素或通過(guò)化學(xué)方法及熱處理的病原體,但是這種滅活方法會(huì)破壞蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致抗原表位的改變和免疫原性降低[11,29]。為了均衡安全性和有效性,亟待開(kāi)發(fā)一種能夠安全高效地呈遞細(xì)菌毒素抗原表位的疫苗平臺(tái)。如前所述,仿生NP的細(xì)胞膜涂層能夠高效緊密地吸附細(xì)菌毒素。相關(guān)研究[43]也已證明,由此形成的納米類(lèi)毒素能夠安全地以其自然形式傳遞細(xì)菌抗原表位,而不需要經(jīng)過(guò)變性和亞基形式的改造。
2.3.1 單價(jià)疫苗 通過(guò)將目標(biāo)毒素與“納米海綿”混合孵育,毒素能緊密錨定于紅細(xì)胞膜上,由此即可獲得用于免疫目標(biāo)細(xì)菌的納米類(lèi)毒素制劑。進(jìn)一步研究[44]顯示,納米類(lèi)毒素的NP形態(tài)能促進(jìn)其自身被巨噬細(xì)胞內(nèi)吞,隨后經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng),類(lèi)毒素上的抗原表位被呈遞并被用于激活宿主免疫反應(yīng)。Wang等[43]在利用納米類(lèi)毒素免疫耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillinresistantStaphylococcus aureus,MRSA)的研究中發(fā)現(xiàn),納米類(lèi)毒素能有效地促進(jìn)動(dòng)物生發(fā)中心的形成,且能在無(wú)佐劑的環(huán)境中激發(fā)強(qiáng)大的體液免疫,顯著減弱了MRSA對(duì)于宿主的定植和侵入能力。
2.3.2 多價(jià)疫苗 細(xì)菌通常分泌大量毒素,因此對(duì)單一毒力因子的免疫不足以防止細(xì)菌感染的發(fā)生[11]。為了制備具有多重免疫功能的“多價(jià)疫苗”,通過(guò)將紅細(xì)胞“納米海綿”與細(xì)菌培養(yǎng)上清液中提取的粗蛋白片段孵育,可使NP能夠捕獲任何原位存在的膜攻擊毒素,由此形成的多價(jià)類(lèi)毒素疫苗,可在機(jī)體產(chǎn)生針對(duì)多種毒力因子的抗體,顯著降低致病菌的存活機(jī)會(huì)和致病能力[45]。另外,細(xì)菌膜具有強(qiáng)大的免疫原性,在細(xì)菌入侵過(guò)程中,機(jī)體通過(guò)免疫細(xì)胞上的受體識(shí)別細(xì)菌膜抗原而激活免疫系統(tǒng),這一現(xiàn)象激發(fā)了基于細(xì)菌膜的多價(jià)疫苗的開(kāi)發(fā)[11]。Wang等[16]利用銅綠假單胞菌膜制備的疫苗免疫小鼠,先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)顯著增強(qiáng),其存活率也大大提升。
由于CMCNP忠實(shí)地保留了細(xì)胞膜的復(fù)雜特性,其表現(xiàn)出源細(xì)胞所具有的廣泛功能。CMCNP的功能多樣性顯著促進(jìn)了靶向感染、中和毒素和疫苗開(kāi)發(fā)等抗菌策略的發(fā)展??偟膩?lái)說(shuō),細(xì)胞膜涂層技術(shù)的成功主要?dú)w功于2個(gè)方面。首先,直接利用整個(gè)細(xì)胞膜作為涂層極大地簡(jiǎn)化了納米粒子功能化的方法。第二,與傳統(tǒng)的化學(xué)修飾相比,細(xì)胞膜包被技術(shù)大大提高了NP在體液中的穩(wěn)定性及其與生物環(huán)境交流、作用的能力。盡管這一策略取得了一定的成功,但仍有一些問(wèn)題需要解決。首先,實(shí)驗(yàn)室研究和臨床應(yīng)用之間存在著巨大的差距,需要對(duì)CMCNP的生物學(xué)特性進(jìn)行全面的研究,并進(jìn)行進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)以驗(yàn)證其安全性和有效性。第二,許多細(xì)胞的來(lái)源不足、細(xì)胞膜包被技術(shù)效率不高,大規(guī)模生產(chǎn)面臨挑戰(zhàn)。第三,某些NP由于復(fù)雜的表面特性,可能難以與細(xì)胞膜兼容,其功能化仍然面臨挑戰(zhàn)。
除抗菌外,CMCNP被更多地應(yīng)用于抗腫瘤治療。研究表明,細(xì)菌感染與腫瘤具有某些相似的病理生理特性,而這些特性可能是CMCNP發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。例如:感染局部血管內(nèi)皮通透性增大,其與腫瘤組織呈現(xiàn)出相同的的EPR效應(yīng),有利于CMCNP的富集;細(xì)菌與腫瘤細(xì)胞均與免疫系統(tǒng)尤其是免疫細(xì)胞存在復(fù)雜而廣泛的相互作用,這為CMCNP的靶向治療提供了理論依據(jù)。但是,當(dāng)機(jī)體面臨復(fù)雜感染,如中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染、生物膜感染,CMCNP可能無(wú)法通過(guò)體液循環(huán)完成類(lèi)似于在腫瘤組織中的積聚。因此,結(jié)合不同感染的病理生理特點(diǎn),比較并運(yùn)用不同的抗感染策略(表1),篩選具有更好生物相容性、更高特異性和更廣泛應(yīng)用前景的細(xì)胞膜包被NP,將有助于其在抗菌領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。
表1 不同的抗感染策略中CMCNP特性的比較Tab 1 Comparison of characteristicsof CMCNPin different anti-infection strategies
參·考·文·獻(xiàn)
[1] Mi G,Shi D,Wang M,et al.Reducing bacterial infections and biofilm formation using nanoparticles and nanostructured antibacterial surfaces[J].Adv Healthc Mater,2018,7(13):e1800103.
[2] Hemeg HA.Nanomaterials for alternative antibacterial therapy[J].Int J Nanomedicine,2017,12:8211-8225.
[3] Rizvi SMD,Hussain T,Ahmed ABF,et al.Gold nanoparticles:a plausible tool to combat neurological bacterial infections in humans[J].Biomed Pharmacother,2018,107:7-18.
[4] Ford CA,Cassat JE.Advances in the local and targeted delivery of antiinfective agents for management of osteomyelitis[J].Expert Rev Anti Infect Ther,2017,15(9):851-860.
[5] Wang C,Wang YL,Zhang LL,et al.Pretreated macrophage-membranecoated gold nanocages for precise drug delivery for treatment of bacterial infections[J].Adv Mater,2018,30(46):e1804023.
[6] Wang KY,Lei YT,Xia DL,et al.Neutrophil membranes coated,antibiotic agent loaded nanoparticles targeting to the lung inflammation[J].Colloids Surfaces B:Biointerfaces,2020,188:110755.
[7] Fulaz S,Vitale S,Quinn L,et al.Nanoparticle-biofilm interactions:the role of the EPSmatrix[J].Trends Microbiol,2019,27(11):915-926.
[8] Zou SJ,Wang BL,Wang C,et al.Cell membrane-coated nanoparticles:research advances[J].Nanomedicine(Lond),2020,15(6):625-641.
[9] Li JX,Angsantikul P,Liu WJ,et al.Biomimetic platelet-camouflaged nanorobots for binding and isolation of biological threats[J].Adv Mater,2018,30(2).DOI:10.1002/adma.201704800.
[10] Esteban-Fernández deávila B,Angsantikul P,Ramírez-Herrera DE,et al.Hybrid biomembrane-functionalized nanorobots for concurrent removal of pathogenic bacteriaand toxins[J].Sci Robot,2018,3(18):eaat0485.
[11] Qin M,Du GS,Sun X.Biomimetic cell-derived nanocarriers for modulating immuneresponses[J].Biomater Sci,2020,8(2):530-543.
[12] Choi B,Park W,Park SB,et al.Recent trends in cell membrane-cloaked nanoparticles for therapeutic applications[J].Methods,2020,177:2-14.
[13] Hu CM,Fang RH,Wang KC,et al.Nanoparticle biointerfacing by platelet membrane cloaking[J].Nature,2015,526(7571):118-121.
[14] Copp JA,Fang RH,Luk BT,et al.Clearance of pathological antibodies using biomimetic nanoparticles[J].PNAS,2014,111(37):13481-13486.
[15] Gao W,Fang RH,Thamphiwatana S,et al.Modulating antibacterial immunityviabacterial membrane-coated nanoparticles[J].Nano Lett,2015,15(2):1403-1409.
[16] Wang S,Gao J,Li M,et al.A facile approach for development of a vaccine made of bacterial double-layered membrane vesicles (DMVs)[J].Biomaterials,2018,187:28-38.
[17] Cao HQ,Dan ZL,He XY,et al. Liposomes coated with isolated macrophage membrane can target lung metastasis of breast cancer[J].ACS Nano,2016,10(8):7738-7748.
[18] Gao C,Lin Z,Jurado-Sánchez B,et al.Stem cell membrane-coated nanogels for highly efficientin vivotumor targeted drug delivery[J].Small,2016,12(30):4056-4062.
[19] Ai X,Hu M,Wang Z,et al.Recent advances of membrane-cloaked nanoplatforms for biomedical applications[J].Bioconjug Chem,2018,29(4):838-851.
[20] Rao L,Cai B,Bu LL,et al.Microfluidic electroporation-facilitated synthesis of erythrocytemembrane-coated magnetic nanoparticles for enhanced imagingguided cancer therapy[J].ACSNano,2017,11(4):3496-3505.
[21] Zhang J,Gao W,Fang RH,et al.Synthesis of nanogels via cell membranetemplated polymerization[J].Small,2015,11(34):4309-4313.
[22] Hu CM,Zhang L,Aryal S,et al.Erythrocyte membrane-camouflaged polymeric nanoparticles as a biomimetic delivery platform[J].PNAS,2011,108(27):10980-10985.
[23] Wei XL,Ran DN,Campeau A,et al.Multiantigenic nanotoxoids for antivirulence vaccination against antibiotic-resistant gram-negative bacteria[J].Nano Lett,2019,19(7):4760-4769.
[24] Shen S,Han F,Yuan AR,et al.Engineered nanoparticles disguised as macrophages for trapping lipopolysaccharide and preventing endotoxemia[J].Biomaterials,2019,189:60-68.
[25] Dehaini D,Wei XL,Fang RH,et al.Erythrocyte-platelet hybrid membrane coating for enhanced nanoparticle functionalization[J].Adv Mater,2017,29(16):1606209.
[26] Gao F,Xu LL,Yang BQ,et al.Kill the real with the fake:eliminate intracellularStaphylococcus aureususing nanoparticle coated with its extracellular vesicle membrane as active-targeting drug carrier[J].ACS Infect Dis,2019,5(2):218-227.
[27] Pang X,Liu X,Cheng Y,et al.Sono-immunotherapeutic nanocapturer to combat multidrug-resistant bacterial infections[J].Adv Mater,2019,31(35):e1902530.
[28] Lin LC,Chattopadhyay S,Lin JC,et al.Advances and opportunities in nanoparticle-and nanomaterial-based vaccines against bacterial infections[J].Adv Healthc Mater,2018,7(13):e1701395.
[29] Rao L,Tian R,Chen XY.Cell-membrane-mimicking nanodecoys against infectious diseases[J].ACSNano,2020,14(3):2569-2574.
[30] Kawai T,Akira S.Toll-like receptors and their crosstalk with other innate receptors in infection and immunity[J].Immunity,2011,34(5):637-650.
[31] Fitzgerald JR,Foster TJ,Cox D.The interaction of bacterial pathogens with platelets[J].Nat Rev Microbiol,2006,4(6):445-457.
[32] Spaan AN,Surewaard BG,Nijland R,et al.Neutrophilsversus Staphylococcus aureus:abiological tug of war[J].Annu Rev Microbiol,2013,67:629-650.
[33] Garzoni C,Kelley WL.Return of the Trojan horse:intracellular phenotype switching and immune evasion byStaphylococcus aureus[J].EMBO Mol Med,2011,3(3):115-117.
[34] Lehar SM,Pillow T,Xu M,et al.Novel antibody-antibiotic conjugate eliminates intracellular S.aureus[J].Nature,2015,527(7578):323-328.
[35] Thwaites GE,Gant V.Are bloodstream leukocytes Trojan Horses for the metastasis ofStaphylococcusaureus?[J].Nat Rev Microbiol,2011,9(3):215-222.
[36] Dong XY,Zhang CY,Gao J,et al.Targeting of nanotherapeutics to infection sites for antimicrobial therapy[J].Adv Ther,2019,2(11):1900095.
[37]Azzopardi EA,Ferguson EL,Thomas DW.The enhanced permeability retention effect:a new paradigm for drug targeting in infection[J].J Antimicrob Chemother,2013,68(2):257-274.
[38] Zhang CY,Gao J,Wang ZJ.Bioresponsive nanoparticles targeted to infectious microenvironments for sepsis management[J].Adv Mater,2018,30(43):e1803618.
[39] Chu D,Dong X,Shi X,et al.Neutrophil-based drug delivery systems[J].Adv Mater,2018,30(22):e1706245.
[40] Li LL,Xu JH,Qi GB,et al.Core-shell supramolecular gelatin nanoparticles for adaptive and“on-demand”antibiotic delivery[J].ACSNano,2014,8(5):4975-4983.
[41] Yan HZ,Shao D,Lao YH,et al.Engineering cell membrane-based nanotherapeutics to target inflammation[J].Adv Sci(Weinh),2019,6(15):1900605.
[42] Thamphiwatana S,Angsantikul P,Escajadillo T,et al.Macrophage-like nanoparticles concurrently absorbing endotoxins and proinflammatory cytokines for sepsis management[J].Proc Natl Acad Sci USA,2017,114(43):11488-11493.
[43] Wang F,Fang RH,Luk BT,et al.Nanoparticle-based antivirulence vaccine for the management of methicillin-resistantStaphylococcus aureusskin infection[J].Adv Funct Mater,2016,26(10):1628-1635.
[44] Hu CM,Fang RH,Luk BT,et al.Nanoparticle-detained toxins for safe and effectivevaccination[J].Nat Nanotechnol,2013,8(12):933-938.
[45] Wei XL,Gao J,Wang F,et al.In situcapture of bacterial toxins for antivirulence vaccination[J].Adv Mater,2017,29(33):1701644.
上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版)2021年7期