一种新的老疗法

与耐药病原体的斗争仍然十分激烈。尽管美国疾病控制中心(CDC) 2019年的“最大威胁”报告显示，与之前的报告(2013年)相比，与耐药微生物相关的死亡人数总体下降，但该机构也警告说，新的耐药病原体仍在出现。

与此同时，治疗这些细菌感染的选择越来越少，这证实了医生和科学家对抗生素时代终结的担忧。

加州大学圣巴巴拉分校的化学和生物化学教授Irene Chen说:“我们一开始就知道会有问题。”“基本上，青霉素一被发现，几年后就有报道说有一种耐药微生物。“由于水平基因转移和快速繁殖等因素，像革兰氏阴性细菌这样的有机体能够比我们生产抗生素来控制它们的速度更快地进化。

因此，陈和她的研究小组正在寻找抗生素的替代品，努力阻止不可治愈的细菌感染。在他们的工作中，研究小组转向了噬菌体，一种自然产生的病毒群，它们寄生在细菌上。

陈是《美国国家科学院院刊》上一篇论文的作者。通过利用噬菌体在不破坏其他微生物群的情况下锁定特定细菌的能力，研究人员能够利用金纳米棒和近红外光的组合，在不使用抗生素的情况下摧毁耐多药细菌。

陈说，噬菌体疗法并不新鲜。事实上，它在前苏联和欧洲已经使用了大约一个世纪，尽管它们在很大程度上被视为抗生素的最后选择。噬菌体治疗中尚未解决的问题之一是对噬菌体生物学特征的不完整描述——由于噬菌体自身的快速进化和繁殖，以及病毒可能携带的潜在毒素，这种生物学可能导致意想不到的后果。另一个问题是噬菌体治疗的孤注一掷，陈补充道。

“很难分析噬菌体治疗的效果，”她说。“你可能看到它完全有效，也可能看到它完全失败，但你没有你想要的那种剂量反应。”

为了克服这些挑战，陈实验室开发了一种可控噬菌体疗法。

“我们所做的就是将噬菌体结合成金纳米棒，”她解释道。这些“幻像”被应用于哺乳动物细胞体外培养的细菌，然后暴露在近红外光下。

“当这些纳米棒被光激发时，它们将能量从光转化为热，”陈说，“这就产生了非常高的局部温度。”

高温足以杀死细菌，也能杀死噬菌体，阻止任何不想要的进一步进化。其结果是一种靶向噬菌体治疗的制导导弹，也允许剂量控制。该实验室在消灭大肠杆菌、铜绿假单胞菌和霍乱弧菌方面取得了成功。他们还成功地摧毁了一种导致植物腐烂的细菌。

在与加州大学圣巴巴拉分校机械工程师贝丝·普鲁特的合作中，该实验室确定，虽然高温成功地摧毁了细菌和噬菌体，但在细菌生物膜下培养的哺乳动物细胞有80%以上存活了下来。

“这个问题是否会损害哺乳动物的组织是非常重要的，”陈说。“纳米技术和纳米药物治疗细菌感染的研究表明，当它不是靶向性的时候，它确实会给周围的组织带来负担。”

该实验室计划研究其他可能的噬菌体来对抗其他细菌，可能会设计一种光热方法来治疗多种细菌感染。

本研究还由UCSB博士后研究员彭欢(主要作者)、雷蒙德·e·博格和利亚姆·p·道进行了研究。