Adv. Healthc. Mater.丨生物工程微型机器人精准清除幽门螺杆菌

研究背景
幽门螺杆菌（H. pylori）感染是引发严重胃部疾病的主因，全球89%的胃癌病例与之相关。由于抗生素耐药性攀升致使根除成功率骤降，生物材料抗菌成为应对耐药挑战的潜力策略。当前抗生素疗法面临诸多临床困境：胃黏液层阻碍药物渗透、常规药物缺乏靶向性且存在“广谱打击”弊端、强酸性胃环境与胃排空作用降低药物生物利用度，长期使用还会破坏肠道微生态，因此亟需全新治疗方案。陆军军医大学黄瑜/杨仕明课题组联合曼尼托巴大学邢孟秋院士受破冰船启发，构建了靶向H. pylori的生物工程微型机器人（PtCsCa/PCM）。该系统整合胃上皮细胞膜（靶向功能）、碳酸钙颗粒（动力支撑）、链霉蛋白酶（减少阻力）、壳聚糖（提升滞留浓度）及铂纳米酶（无耐药性杀菌），可穿透胃黏液层、精准识别细菌，在酸性环境中通过生成ROS杀灭H. pylori，中性肠道环境中活性受抑以保护菌群平衡。小鼠实验显示，其能显著降低细菌负荷、减轻炎症，且具有良好的生物相容性，为无抗生素根除H. pylori提供了极具前景的替代策略。Scheme 1 PtCsCa/PCM的制备及其治疗应用示意图。以破冰船概念为灵感，展示了PtCsCa/PCM的合成示意图和PtCsCa/PCM对H．pylori感染的治疗作用。
02研究内容
研究团队首先通过系统化设计成功构建了靶向递送系统PtCsCa/PCM。图1中的数据共同构成了完整的证据链，验证了从铂纳米颗粒、壳聚糖修饰、碳酸钙负载到最终细胞膜包覆的每一步化学反应均成功完成，为后续的功能实验奠定了坚实的物质基础。图 1 PtCsCa/PCM的合成与表征。(a) PtNPs的TEM图像；(b) PtCs纳米粒子的AC-TEM图像；(c) PtCsCa/P的SEM图像；(d) GES-1细胞膜囊泡的TEM图像；(e)考马斯蓝染色的GES-1细胞和GES-1细胞膜囊泡的SDS-PAGE蛋白质分析；(f) PtCsCa/PCM的TEM图像和EDS图谱；(g) PtCsCa/PCM的XPS全谱；(h) Pt 4f区域的XPS谱图；(i) Zeta电位测量结果；(j) PtCsCa/PCM的CLSM图像。
接下来，PtCsCa/PCM能有效降解并穿透H．pylori定植的胃黏液屏障的能力在图2中得到了系统性地阐述。这一“破冰”能力至关重要，它清除了药物递送的主要物理障碍，确保了后续的抗菌成分能够直达位于黏膜深层的细菌定植部位。图 2 PtCsCa/PCM的黏液穿透与清除能力。(a) 展示PtCsCaCM和PtCsCa/PCM清除黏液的示意图；(b) 通过酪蛋白消化法测定的纯蛋白酶和PtCsCa/P的酶活性；(c) 展示PtCsCa/PCM在Transwell系统中进行穿透测试的示意图；(d) 来自下室的各处理组荧光定量分析；(e-f) 小鼠胃黏附黏液的AB/PAS染色光镜图像(e)和SEM图像(f)。