透明质酸修饰的ZIF-8装载万古霉素的抗菌研究

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如今,耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus,MRSA)已成为抗生素化疗史上最大的公共健康威胁之一。MRSA是医院获得性感染的主要原因,不仅包括轻微的皮肤和软组织损伤,还与危及生命的心内膜炎、慢性骨髓炎和严重肺炎有关。这些疾病与器官功能障碍、发病率和死亡率过高的不良后果以及医疗保健系统的高成本有关,这些问题的解决有待于通过一种新型有效的抗菌疗法展开紧急治疗。万古霉素(Van)是一种广谱糖肽类抗生素,对革兰氏阳性菌敏感,已被广泛用于预防和治疗葡萄球菌分离株如MRSA。然而,大剂量的静脉注射可能会导致副作用,如耳毒性和肾毒性,低剂量的药物容易诱发细菌耐药性。目前,纳米技术的运用已经显著地改善了癌症治疗的结果,并在治疗细菌感染方面显示出令人匪夷所思的潜力。但是,大多数报道的纳米材料毒性很大,并且合成步骤相对复杂。因此,人们越来越需要一种更简单、更高效并且安全的抗菌剂来对抗MRSA感染。在此,我们设计了一种靶向载药系统。通过简单快速的过程使Van包封在ZIF-8纳米颗粒中,并利用透明质酸(HA)的羧基与Zn2+的配位作用修饰在ZIF-8结构表面构成一种纳米颗粒(ZVH)。我们采用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、热重分析(TGA)以及纳米粒度仪对ZVH纳米颗粒进行结构表征,证明ZVH纳米颗粒的成功合成并且结构稳定。通过p H释放行为实验探究ZVH的p H响应可控释放的特征。以MTT法测定ZVH纳米颗粒的体外细胞毒性,小鼠尾静脉注射ZVH药物进行体内安全性评价。通过抑菌试验、竞争抑制实验、胞内菌清除实验、体内药物富集实验以及体内药效评价等实验,系统考察了ZVH纳米颗粒装载Van对感染MRSA小鼠的治疗效果。研究表明HA的修饰限制了分散的纳米ZIF-8颗粒的团聚,提高了纳米颗粒的水的分散性。ZVH纳米颗粒粒径为389 nm,其Van载药量为33.73%。HA可以特异性结合巨噬细胞上高表达的CD44受体,从而靶向细菌感染部位,并在酸性环境刺激下有效杀灭致病菌。结构表征显示ZVH成功制备并且在室温下稳定,p H释放曲线表明ZVH纳米颗粒可以响应p H变化而不同程度地释放药物,药物释放量在24 h内达60%,并且在生理条件下可以保持稳定,这是ZVH作为纳米载药体系的结构基础。ZVH可以将抗生素靶向给药,可控释放,在严重感染部位充分发挥治疗作用。体内和体外的毒性实验结果显示,ZVH具有非常好的生物相容性和非常低的生物毒性。细胞吞噬实验证明ZVH可以通过HA介导的细胞内吞作用进入细胞内,实现细胞内药物富集,并清除细胞内的MRSA感染。体内给药治疗小鼠肺炎的结果表明,该纳米载药系统比单独使用抗生素具有更好地疗效。这些结果表明我们设计的这一纳米载药系统提高了传统抗生素的作用效果,为改良现有的抗生素给药方式提供了参考,有助于减缓细菌耐药性以及降低抗生素的毒副作用。
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