磁性纳米颗粒用于幽门螺杆菌治疗的基础研究

Helicobacter pylori (H. pylori, HP) infection involves more than half of Chinese population. HP is associated with several upper gastrointestinal diseases and is considered a class I carcinogen by the World Health Organization's International Agency for Research on Cancer (IARC). Infection of antibiotic- resistant HP strains has been proven to be a worldwide problem. Eradication rate of HP has now decreased significantly because of its antibiotic resistance. This study attempts to explore the feasibility of using magnetic nanoparticles as novel vectors in the treatment of HP infection. In vitro bacterium and cell culture models and HP infection animal model will be employed. We attempt (1) To study the inhibitory effects of functionalized magnetic nanoparticles on HP growth; (2) To construct HP antibody-magnetic nanoparticle (MFe2O4@SiO2) complex which can anchor the bacteria, increase the focal temperature where HP resides by using alternating magnetic fields, and finally kill the bacteria through temperature adjustment; (3) To construct HP antibody- MFe2O4@SiO2-antibotics complex which can serve as a target therapy to the bacteria. We anticipate that magnetic mediated hyperthermia based on magnetic nanoparticles can inhibit or eradicate HP in vivo，that the nanoparticle conjugated antibiotics will enhance their anti-HP efficiencies. This study will provide not only a novel remedy for HP infection, but also new thoughts on the treatment of multi-drug resistant organisms.

能导致人类多种胃肠道疾病并被国际癌症研究机构定义为I类致癌原的幽门螺杆菌(H.pylori, HP)感染累及了中国半数以上人口。目前，耐药HP感染及其根除率下降的问题日趋严重，是一个世界性难题。本项目探讨磁纳米颗粒作为新型载体用于治疗HP感染的可行性。利用体外细菌、细胞培养和动物HP感染模型，尝试（1）功能化磁性纳米颗粒对HP生长的直接抑制作用；（2）构建HP抗体-磁纳米（MFe2O4@SiO2）复合结构，靶向定位HP，利用磁纳米颗粒在交变磁场中的热效应提高局部温度，抑制或杀灭HP；（3）构建HP抗体-MFe2O4@SiO2-抗生素复合结构，经局部给药对HP进行生物靶向性治疗和温控治疗。预期磁介导热疗可抑制或杀灭在体的HP感染，提高磁纳米微粒所携带抗生素的靶向杀菌作用。本研究将为HP治疗提供新的方法，为解决 "多重耐药细菌"感染难题提供新的思路，也将拓宽纳米材料在细菌感染治疗领域中的应用。

难治性幽门螺杆菌（H. pylori，HP）感染患者逐年增多，寻求抗生素以外的新技术可以为HP治疗提供新的方法。本项目探讨磁纳米颗粒（NPs）作为新型载体用于治疗HP感染的可行性，开展了以下研究：① 合成直径约22nm的尺寸均一、单分散性的Mn0.3Fe2.7O4和Ze0.5Fe2.5O4 纳米颗粒，在其表面包裹SiO2使具有很好的生物相容性和功能化，并构建阿莫西林-Mn0.3Fe2.7O4复合微球。② Mn0.3Fe2.7O4磁热疗可以对体外培养的HP产生直接抑菌作用，当加热至42℃并持续15分钟时，对HP的抑制率可达96%；NPs加热联合阿莫西林可协同抑制HP生长，作用效果分别是单一因素的7倍（与阿莫西林相比）和4倍（与NPs加热相比）；磁热疗也可使HP的致病力，包括细菌粘附力、尿素酶活性和空泡毒性明显下降。研究发现，磁热疗对HP的损伤并非通过对培养基的整体加热，而可能是通过NPs在HP菌体的微纳尺度热效应发挥作用。③ 环境温度改变不仅影响HP的生长，还可以使一些临床耐药菌株的药敏发生改变，转录组分析结果可以为将来研究通过温度调控HP的致病力，以及寻找干预HP的新靶点提供基础证据。④ 在体外试验证明了Zn0.5Fe2.5O4@SiO2复合磁性纳米颗粒对哺乳动物细胞和HP的安全性后，项目组建立C57BL/6小鼠HP感染模型和胃内测温模型，测定不同剂量Zn0.5Fe2.5O4@SiO2复合磁性纳米颗粒在交变磁场中的体内升温效率，并观察磁热疗对小鼠胃黏膜的损伤作用，结果证实了磁纳米材料用于体内HP治疗的安全性和可行性。⑤ 本研究还整理了大样本的HP感染患者数据库，分析HP感染与其所导致的最常见的疾病状态-肠上皮化生的分型、以及胃肠外疾病之间的关系。通过采集难治性HP感染患者的胃黏膜组织，体外培养HP并进行药敏研究，指导临床用药；获得的相关HP临床株不仅可用于动物模型构建，还可进行基因序列分析耐药相关基因。本研究新发现MFe2O4复合结构作为载体用于HP治疗是可行的，并且还发现纳米复合结构磁热疗的杀菌作用可能是通过微纳尺度的热效应完成的，这些发现不仅为治疗耐药HP感染提供了一条新的途径，也为解决目前磁热疗治疗其他疾病如肿瘤研究中存在的问题提供了新的思路。