眼部的感染主要是由细菌引起。如果不能及时的治疗，可能会造成不可逆的损伤，甚至失明。通常情况下，人们通常用抗菌滴眼液来治疗眼部感染。但是抗生素的滥用可能会导致耐药菌的产生，从而使疗效减弱。其中一个潜在的解决方法就是利用掠食性细菌来捕食细菌。近日，香港城市大学的徐臣杰教授和新加坡国立大学的RajamaniLakshminarayanan教授在《Advancedscience》发表了题为OcularDeliveryofPredatoryBacteriawithCryomicroneedlesAgainstEyeInfection的文章。研究者以B.bacteriovorus（嗜菌芽孢杆菌）为模型掠食性细菌来优化CryoMN（冷冻微针）的制作。CryoMN既要提高掠食性细菌活力又要保证其自身的力学特性来进行眼部穿刺。在本文中，研究者探究了含有掠食性细菌B.bacteriovorus的复合MN递送系统对4种革兰阴性杆菌的杀菌作用包括：E.coli（大肠杆菌）、P.aeruginosa（铜绿假单胞菌）、A.baumannii（鲍曼不动杆菌）和K.pneumoniae（肺炎克雷伯菌），以此来验证该递送系统治疗眼部感染的可能性。大肠杆菌可诱发结膜炎或泪囊炎；铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌可因外伤、佩戴隐形眼镜或眼科手术引起的角膜炎；肺炎克雷伯菌可经血液循环并引起眼内炎。
首先，研究者制备并表征CryoMN。图1A为CryoMN的大体观。图1B-D为CryoMN在室温和体温下的稳定性。相比体温，CryoMN在室温下保持形态的时间略长。CryoMN在室温秒后，针尖开始融化。CryoMN置于指尖上时，针尖在60秒内融化，此过程不会引起不适感。CryoMN的组成影响B.bacteriovorus的存活。研究者将甘油浓度控制在0%-5%，并在14天内检测了CryoMN内B.bacteriovorus的存活情况（图2A）。当CryoMN中不含甘油时，14天后B.bacteriovorus的存活率降到40%以下，甘油的添加显著提高了B.bacteriovorus的生存能力，14天后B.bacteriovorus的存活率达到80%-90%。研究者进一步检测了0%-5%甘油制备的CryoMN力学性能并将其与由miniHA（小透明质酸）、PCL（聚己内酯）、PS（聚苯乙烯）和PLA（聚乳酸）制成的MN（微针）进行了比较。压缩试验显示，0%、1%和2%甘油的CryoMN与miniHA和PCL制成的MN的加载力/位移曲线相似，而且甘油浓度越高，机械强度越低（图2B）。5%甘油的CryoMN仍能保持足够的强度穿透角膜（0.05N/针），因此，研究者使用含有5%甘油的CryoMN进行后续研究。接着研究者使用琼脂糖凝胶评估CryoMN的穿透能力。为了便于成像，CryoMN中混有红色荧光标记的大肠杆菌。图3A显示CryoMN能容易穿透并递送细菌到水凝胶中。然后在离体猪眼角膜区上用拇指按压CryoMN测试其穿透能力。如图3B所示，在眼睛中观察到明显的MN的形状。组织学显示，CryoMN尖端能穿透角膜基质层（μm），约为MN针尖高度的三分之一。从冷库中拿出CryoMN到刺入皮肤的时间间隔小于10秒，CryoMN才能用于细菌的递送，时间越长，越不容易刺入（图3C）。
接着，研究者测试了B.bacteriovorus对大肠杆菌的捕食作用。从图4A能从大肠杆菌的菌群中看到清晰的斑点，这说明B.bacteriovorus能把大肠杆菌“吃掉”。B.bacteriovorus和大肠杆菌共培养48h后，菌落被完全清除（图4B）。大肠杆菌的吸光度读数和菌落的数量随时间增长都呈下降趋势（图4C、D）。研究者进一步探究了B.bacteriovorus对鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯杆菌的捕食作用。根据各自的菌落变化，研究者注意到鲍曼不动杆菌的数量在前24h内急剧减少（图5A、B），但肺炎克雷伯菌组仅在第二天显示出明显减少（图5C、D）。研究者还指出B.bacteriovorus对铜绿假单胞菌的捕食作用不强，这就说明了B.bacteriovorus无法清除所有的革兰阴性杆菌。
最后，研究者用感染性角膜炎的小鼠模型评估CryoMN的疗效。当划破的角膜接种大肠杆菌6h后，从裂隙生物成像灯观察到角膜明显感染（图6A）。随着时间的增加，假手术对照的角膜混浊和基质浸润逐渐增加，而接受捕食性细菌治疗的角膜在瞳孔周围显示出清晰的区域或仅有轻微的混浊。细菌计数显示CryoMN组的大肠杆菌浓度最低（图6B），这表明B.bacteriovorus对大肠杆菌的捕食效率很高。局部组的角膜厚度与对照组和CryoMN组的结果类似（图6C）。
总而言之，研究者描述了一种向眼部递送活细菌的MN系统。该系统的掠食性细菌B.bacteriovorus能有效抑制革兰阴性的大肠杆菌、鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯氏菌的增殖。在小鼠眼部感染模型中，通过CryoMN递送B.bacteriovorus显着降低了角膜中的大肠杆菌浓度。通过这项研究，我们可以扩展其他掠食性细菌来捕食特定的目标病原体，实现感染的防治。
研究由来自香港城市大学的徐臣杰教授和新加坡国立大学的RajamaniLakshminarayanan教授团队完成，并于年9月发表于Advancedscience。
论文信息：MingyueCui,MengjiaZheng,ChristianWiraja,SharonWanTingChew,ArtiMishra,VenkateshMayandi,RajamaniLakshminarayanan*,andChenjieXu*.OcularDeliveryofPredatoryBacteriawithCryomicroneedlesAgainstEyeInfection.Advancedscience,.供稿：孟庆琛审校：朱彩虹编辑：于丽丽预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇