聚多巴胺-壳聚糖包被生物膜态副干酪乳杆菌SB27作为"活创可贴"用于靶向结肠炎治疗

《Materials Today Bio》：Polydopamine–chitosan coated biofilm-state Lacticaseibacillus paracasei SB27 as a living band-aid for targeted colitis therapy

本研究针对炎症性肠病(IBD)治疗中浮游态益生菌存活率低、靶向性差的问题，开发了一种创新的聚多巴胺(PDA)-壳聚糖(CS)双涂层包被生物膜态副干酪acillus paracasei SB27靶向递送系统(BIO@PCS)。该系统能实现pH响应性释放益生菌并选择性黏附溃疡结肠部位，在DSS诱导的结肠炎模型中展现出优异的黏膜靶向性和持久滞留性，通过强化四重肠道屏障功能有效缓解局部炎症。这项研究为IBD治疗提供了双重优化的生物膜基平台。

　　

炎症性肠病(IBD)作为一种慢性肠道炎症性疾病，正成为全球性的健康挑战，预计到2025年中国的患病人数将达到150万。这类疾病不仅导致患者反复发作的腹痛、腹泻等症状，更严重的是会造成肠道上皮屏障的破坏，使得肠道无法有效抵御外界病原体的侵袭。传统的治疗方法主要依赖抗炎药物和免疫抑制剂，但长期使用往往伴随着安全性问题和个体疗效差异的困扰。

在这一背景下，益生菌疗法展现出独特优势——它们既能调节肠道微生态，又能促进黏膜修复。然而令人遗憾的是，目前大多数益生菌制剂都是以浮游态(planktonic)形式使用，这些"单打独斗"的益生菌在穿越胃酸和胆汁的严酷环境时损失惨重，即使侥幸到达肠道，也难以在炎症部位有效定植。相比之下，自然界中益生菌原本是以生物膜(biofilm)状态存在于肠道中，这种"团队作战"模式通过分泌胞外聚合物(EPS)形成保护性基质，显著增强了菌株的环境耐受性和黏附能力。但问题在于，结肠炎患者的炎症环境恰恰破坏了生物膜形成的必要条件。

面对这一挑战，中国海洋大学食品科学与工程学院的刘银雪、刘一硕等研究人员独辟蹊径，开发出一种创新的"活创可贴"策略。他们巧妙地将生物膜态副干酪乳杆菌(Lacticaseibacillus paracasei) SB27与聚多巴胺(PDA)-壳聚糖(CS)双涂层系统相结合，构建了BIO@PCS靶向递送系统。这项突破性研究发表在《Materials Today Bio》期刊上，为IBD治疗提供了新的思路。

研究团队采用了多项关键技术方法：通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征包被效果，利用共聚焦显微镜(CLSM)观察荧光标记的涂层分布，使用酶联免疫吸附测定(ELISA)检测炎症因子水平，借助体内成像系统(IVIS)追踪益生菌肠道定植情况，并通过对DSS诱导的结肠炎小鼠模型进行16S rRNA测序分析肠道菌群变化。

制备与表征包被益生菌

研究人员首先成功构建了PLA@PCS（浮游态）和BIO@PCS（生物膜态）两种包被系统。表征结果显示，生物膜态菌株表现出更强的PCS纳米颗粒吸附能力，这归因于其复杂的EPS结构和丰富的表面官能团。zeta电位测量显示包被后电势显著改变，尺寸分析表明BIO@PCS的粒径达到9020.67 nm，比PLA@PCS大2762.67 nm。更重要的是，包被过程保持了90%的细菌存活率，且对生长动力学无显著影响。

BIO@PCS展现优异的体内生物安全性

在ICR小鼠中进行的安全性评估显示，所有实验组均未出现死亡或不良反应。特别值得注意的是，BIO和BIO@PCS组小鼠在14天时体重增加更为显著，表明生物膜态副干酪乳杆菌SB27可能促进小鼠生长发育。组织学检查证实主要脏器和肠道结构正常，器官指数和炎症细胞因子水平与对照组无显著差异，充分证明了BIO@PCS的良好生物相容性。

BIO@PCS显著缓解DSS诱导的小鼠结肠炎

在治疗效能评估中，BIO@PCS表现出最卓越的疗效。DSS模型组小鼠体重下降达20.23%，而BIO@PCS治疗组仅下降10.56%。疾病活动指数(DAI)评分、肝脏和脾脏指数均显著改善。组织病理学分析显示，BIO@PCS有效缓解了结肠缩短，保持了杯状细胞和上皮细胞的完整性。特别是阿尔新蓝-过碘酸雪夫(AB-PAS)染色显示BIO@PCS组黏液层结构保持最佳，Mucin-2表达显著上调。

增强的存活率和靶向黏附能力

体内分布实验证实了BIO@PCS的靶向优势。荧光成像显示，浮游态益生菌在给药后12小时内信号急剧下降，而BIO@PCS在48小时后仍能检测到明显信号。在结肠部位的定植率方面，BIO@PCS达到19%，显著高于浮游态的1%。菌落计数显示BIO@PCS在结肠和结肠内容物中的存活数量分别是浮游态的23.2倍和27.8倍。

肠道微生物群调控作用

16S rRNA测序分析揭示了BIO@PCS对肠道菌群的调节作用。DSS处理显著降低了微生物多样性和丰富度，而BIO@PCS治疗有效恢复了这一失衡。在门水平上，BIO@PCS降低了厚壁菌门/拟杆菌门(F/B)比值，这一比值是肠道炎症的重要标志。同时，BIO@PCS促进了乳酸杆菌等有益菌群的富集，抑制了梭菌科和蛋白胨链球菌科等致病菌的生长。

这项研究的创新之处在于将生物膜态益生菌的天然优势与工程化涂层技术完美结合。壳聚糖作为"导航系统"确保结肠特异性递送，而聚多巴胺则作为"精确定位装置"实现炎症部位的特异性黏附。这种分级释放机制就像为益生菌配备了"智能导航"和"缓释胶囊"，确保其在正确的时间、正确的地点发挥治疗作用。

更重要的是，研究首次揭示了生物膜态益生菌自身就具有靶向黏附能力，这为理解益生菌-宿主相互作用提供了新视角。生物膜中的EPS基质不仅能物理性增强菌株在炎症部位的滞留，还可能通过群体感应(quorum sensing)机制协调菌群行为，从而在复杂的肠道环境中实现更持久的定植效果。

该研究不仅为IBD治疗提供了新型靶向递送平台，更重要的是开创了"活材料"在生物医学应用的新范式。BIO@PCS系统的简易制备工艺和良好生物相容性为其临床转化奠定了坚实基础。未来，这种"活创可贴"策略有望扩展到其他肠道疾病治疗领域，甚至为生物膜材料在组织工程和药物递送中的创新应用开辟新的道路。