上海交大刘尽尧团队《Sci. Adv.》：矿化涂层细菌

2023-03-22 来源：高分子科技

细菌作为活体生物试剂，对多种疾病的治疗显示出巨大潜力。然而，细菌对外界破坏因素的不耐受性，容易导致其生物利用度低，进而影响治疗效果，严重限制了细菌生物疗法的临床转化与应用。表面涂层方法成为解决上述问题的一种行之有效的策略，它不仅能提高细菌抵抗环境威胁的能力，还赋予其本身所不具备的多种外源性功能。通过表面涂层可有效操控细菌的生物学行为，提高其生物利用度和治疗潜力。例如，他们前期通过引入保护性涂层使口服益生菌对抗生素、消化酶、胆汁酸等具有更好的抵抗性（Science Advances 2021, 7, eabf0677；Advanced Materials 2021, 33, 2007379；Science Advances 2020, 6, eabb1952； Adv. Mater. 2020, 32, 2002406；Nature Communications 2019, 10, 5783）。然而，目前可同时增强肠道厌氧益生菌抵抗常规药物生产过程中需经历的有氧环境、紫外辐照和酒精消杀等过程以及口服后所遭受的胃酸和胆汁酸等胃肠道苛刻条件的方法却鲜有报道，一定程度上限制了细菌生物疗法的进一步应用和推广。因此，迫切需要新的策略来解决上述问题。

近日，上海交通大学分子医学研究院刘尽尧课题组在Science Advances发表题为“Biointerface mineralization generates ultraresistant gut microbes as oral biotherapeutics”的研究论文。作者利用聚吡咯烷酮介导的生物界面矿化给益生菌穿上一件碳酸钙外衣，由于涂层的物理隔离作用，封装的益生菌可大幅度增强其对复杂环境的耐受性，为活体细菌口服制剂的制备提供了新途径。研究结果表明，通过在益生菌分散液中依次滴加钙离子和碳酸根离子，短时间内即可在细菌表面形成碳酸钙沉积涂层。该方法适用于不同种类的细菌菌株（包括：脆弱拟杆菌、大肠杆菌、双歧杆菌等肠道益生菌），并且具有较高包封效率。凭借其物理隔离效应，涂层可赋予益生菌在生产和贮藏过程中抵抗氧气、紫外线和酒精等破坏因素的能力，同时通过与胃酸之间的复分解反应实现胃酸的快速中和以及细菌的智能释放，且产生的大量钙离子可进一步诱导胆汁酸分子的聚集，使益生菌免受胃酸和胆汁酸的双重破坏，实现较好的口服生物利用度。体内实验证明，口服矿化涂层益生菌后，小鼠肠道中活菌数量提高逾5倍。以DSS诱导的结肠炎小鼠为动物模型，与接受常规益生菌治疗或不接受任何治疗的结肠炎小鼠相比，灌胃碳酸钙涂层益生菌可显著恢复小鼠体重，同时显示出优异的炎症缓解效果。

课题组博士后耿忠民（现为青岛大学肿瘤研究院研究员）为该论文第一作者，刘尽尧研究员、曹浈萍副研究员及吴冯助理研究员为共同通讯作者。该工作得到科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金委面上项目、上海市探索者计划等支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade0997

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（责任编辑：xu）

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