耐抗生素难题 成功突破


  IBM的研究人员正在设计纳米粒子,这些粒子可以杀死细菌,因为可以在它们上面戳洞。科学家们希望,这种微生物不太可能发展为可以抵抗这种类型的药物,这意味着,它可用来对付抗生素耐药性(antibiotic resistance)的新问题。这种类型的药物并没有很多的成功见于过去的临床试验,但初步测试这种纳米粒子是用动物进行的,还是很有希望的。

  抗药性细菌已成为一个大问题。2005年,近9万5千人在美国发生致命的葡萄球菌(staph bacterium)感染,这种细菌耐多种抗生素,这是根据美国疾病控制和预防中心(U.S. Centers for Disease Control and Prevention)所说。仅仅用了10至20年,微生物就会形成抗性,抵抗传统抗生素,这些抗生素都是针对细胞内的一个特定的代谢途径,玛丽B.参-帕克(Mary B. Chan-Park)说,她是新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University)化学和生物工程学教授,没有参与这项研究。与此相反,有些药物只会危害微生物的细胞膜,被认为不太可能引发抗性,或引发速度更慢,她说。

  “我们正在试图生成聚合物,这些聚合物与微生物相互作用,方式上非常不同于传统的抗生素,”詹姆斯·赫德里克(James Hedrick)说,他是IBM公司阿尔马登实验室(Almaden Lab)的材料科学家,这所实验室就在加利福尼亚州(California)圣何塞市(San Jose)。为了做到这一点,赫德里克的研究小组利用了过去的工作,就是库存的聚合物基础材料,这些材料可以混合匹配,制成复杂的纳米粒子。为了制成纳米粒子,使它可以有选择地攻击细菌膜,然后分解,无害地进入体内,IBM小组把三种类型的基础材料放在一起。在聚合物序列的中心,是一个骨干分子(backbone element),它是水溶性的,可以量身定制,与细菌膜互动。在骨干分子的每任何一端,都是一个疏水序列(hydrophobic sequence)。当少量水被加入这些聚合物链(polymer chain)时,差异就会出现于这个序列的中间和两端之间,驱动聚合物自组装,形成球状纳米粒子,粒子外壳的构成成分完全是可与细菌细胞互动的那部分。这项工作已经被介绍过,就在本周《自然?化学》杂志上。

  IBM实验室没有设备做生物测试,因此研究人员就联合新加坡生物工程与纳米技术研究所的杨毅严(Yi Yan Yang),测试这些纳米粒子。他们发现,这些纳米粒子可以突然打开并杀死革兰氏阳性菌(gram-positive bacteria),这是一大类微生物,其中包括抗药性金黄色葡萄球菌。这些纳米粒子也可杀死真菌(fungi)。其他类型的致命细菌具有不同类型的细胞膜,不会受到这些纳米粒子的损害,但是,IBM研究人员说,他们正在开发的纳米粒子也可以瞄准这些细菌,不过比较困难。“通过分子裁制,”罗伯特·艾伦(Robert Allen)说,他是IBM阿尔马登实验室(Almaden)材料化学高级经理,“我们可以做各种各样的东西”,设计的粒子可以具有特定的形状,电荷,水溶性,或其他属性。

  IBM研究人员认为,这种药物可静脉注射,以治疗人的致命感染。或者,它可以做成一种凝胶,用于伤口,治疗或预防感染。

  不过,参-帕克警告说,有些其他药物起作用也是通过这种膜刺穿机制,但是迄今为止,一直不是很成功。有些药物已经在实验室的工作台上显示出早期潜力,但是,它们或者是对动物细胞有毒,或者是根本不适合复杂的人体环境。

  更多的测试需要进行,用以明确说明,纳米粒子是否安全,是否会对人起作用。初步试验的IBM粒子与人的血细胞,以及在小鼠活体内的测试,都已看好。艾伦说,纳米粒子不与人的血细胞相互作用,因为它们的电荷显著高于细菌细胞。目前,还没有迹象显示有毒性存在于小鼠体内,这些小鼠都注射了这种粒子,它们中没有死亡的。

  除了开发的纳米粒子可以攻击其他类型的细菌外,IBM集团也正在制备更大量的这种标签聚合物(designer polymers),就是要升级,从目前的两克容量升级到千克数量,这是更大的临床试验需要的。 IBM将不会介入制药业务,艾伦说,但是,公司计划联合一家医疗公司,授权这种聚合物药物。