基于细菌感染微环境构建逆转细菌耐药性抗菌材料的研究

Bacteria easily form the drug-resistant biofilms on the surface of body tissues and organs, leading to persistent infections and an increasingly significant global healthcare crisis. It is necessary to develop new antibacterial drugs to reverse bacterial resistance. In allusion to biofilm structure and specific microenvironment of bacterial infection, the project is planning to design and prepare bio-responsive antibacterial materials with reversing bacterial resistance. By introducing the weak acid-responsive and bacterial enzyme-responsive groups, as well as loading ciprofloxacin and baicalein for reversing bacterial resistance, the project will study the effect of material structure on microenvironment responsiveness and antibacterial activity. This project will model Pseudomonas aeruginosa abscess in rats to study the antibacterial efficacy of materials in vivo. The project can systematically reveal the antimicrobial effect of materials on the molecule, cell and whole hierarchy levels, which will provide helpful information for bacterial infection therapy. Additionally, the new antibacterial materials will achieve reversing bacterial resistance and provide the new strategy for effective treatment of biofilm-infected diseases.

细菌容易在机体组织器官表面形成一层抗药性生物膜，其引发的感染久治不愈，严重威胁人类健康，因此迫切需要发展能够逆转细菌耐药性的新型抗菌药物。本项目依据细菌生物膜结构特征和细菌感染微环境生物学特性，通过聚合物的分子设计和可控活性聚合等设计理念和方法，引入具有微酸响应性和细菌酶响应性的基团，负载抗菌药物环丙沙星和能够逆转细菌耐药性的药物黄芩素，构建能够逆转细菌耐药性的生物响应性抗菌材料。系统研究材料结构因素对细菌感染微环境响应及抗菌活性的影响；建立铜绿假单胞菌感染的小鼠脓肿模型，研究抗菌材料的体内治疗效果和可能的副作用，从分子、细胞和整体层次上系统揭示材料的抗生物膜感染作用。该新型抗菌材料的研究，有望实现对生物膜细菌耐药性的逆转，为生物膜感染疾病的有效治疗提供新途径和新策略。

细菌耐药性引起的感染对人类健康造成了严重的威胁，如何控制耐药性的发展和减少细菌感染的发生是全球公共卫生面临的重大挑战。依据细菌感染微环境和细菌结构特征，本项目通过聚合物的分子设计、可控活性聚合、金属纳米粒子等设计理念和方法，合成了一系列结构可控的功能高分子和金属纳米复合材料，系统研究纳米材料对细菌识别和杀灭的影响；通过研究材料与细菌之间的相互作用，阐明抗菌材料设计的基本规律，实现纳米材料中药物与功能基团在杀灭细菌时的协同作用。以耐药性铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌为细菌模型，建立了小鼠伤口感染模型和肺部感染模型，验证了纳米材料的体内抗菌效果。从生物体、细胞和分子层次上系统研究纳米抗菌材料的过程和规律，为控制细菌耐药性的发生和发展提供实验数据和理论基础，获得具有自主知识产权的一类新型抗菌材料，为耐药菌感染疾病的有效治疗提供新途径和新方法。相关研究在International Journal of Pharmaceutics, Chemical Engineering Journal, ACS Applied Nano Materials，Biomacromolecules等国际期刊上发表文章6篇。