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为解决耐药菌感染难题，四川大学研究人员开展超声压电动力疗法（SPDT）对抗耐药菌感染的研究。结果显示 SPDT 效果显著。该研究为治疗耐药菌感染提供新思路，极具科研价值，推荐一读。
超声压电动力疗法：对抗耐药菌感染的新希望
在全球健康的大舞台上，耐药菌感染正逐渐成为一个可怕的 “反派”。世界卫生组织（WHO）早就拉响了警报，把抗菌药物耐药性（AMR）列为威胁人类的十大全球公共卫生问题之一。想象一下，原本能轻松打败细菌的抗生素，如今却常常 “败下阵来”。那些耐药菌就像拥有了 “金刚不坏之身”，让现有的抗生素威力大减。随着它们的不断扩散，发病率、死亡率不断攀升，医疗费用也像火箭一样飙升。据预测，如果这个问题得不到解决，到 2050 年，耐药菌感染每年可能会夺走 1000 万人的生命 ，这可不是危言耸听！
面对如此严峻的形势，全世界的科研人员都坐不住了，纷纷投身到寻找新型治疗方法的研究中。在这场与耐药菌的 “战斗” 中，来自四川大学化学工程学院的研究人员取得了一项重要成果。他们在《Cell Reports Physical Science》期刊上发表了一篇名为《Sono - piezodynamic therapy for drug - resistant bacteria infection》的论文。这项研究带来了令人振奋的消息：超声压电动力疗法（SPDT）有望成为对抗耐药菌感染的 “秘密武器”。这一疗法将超声波和压电材料结合起来，为打败耐药菌开辟了新的道路，对未来的抗感染治疗意义重大。
研究人员在探索 SPDT 的过程中，用到了几个关键的技术方法。首先，超声波技术发挥了大作用。它就像一个 “隐形的帮手”，具有很强的穿透能力，能无创地深入组织内部，在临床诊断成像和治疗中都被广泛应用。其次，压电材料是 SPDT 的核心 “武器” 之一。这种神奇的材料可以在机械能和电能之间相互转换。当超声波与压电材料相遇，就会产生一系列奇妙的反应，比如微流和空化效应，这些都成为了对抗细菌的有力 “武器” 。
下面来详细看看研究的成果。
SPDT 的抗菌机制
SPDT 的抗菌机制就像一套精妙的 “组合拳”，包含了超声物理效应和超声化学反应两个方面。
从超声物理效应来说，超声波就像一个 “大力士”，通过热效应和空化效应让组织的通透性大大增加，这可帮了大忙，能让抗菌药物更容易穿透生物膜。在惯性空化过程中，声波的能量转化为机械压力，产生空化微泡和热能。空化现象十分有趣，就像是液体中的小气泡在超声的 “指挥” 下，进行着一场复杂的 “舞蹈”，它们经历着冲击、膨胀、收缩和内爆的过程。这个过程中产生的微射流和辐射力，会把细菌的表面和细胞膜搅得 “天翻地覆”，大大提高了药物的渗透和扩散能力。同时，超声波传播时产生的热能也能对病原菌进行 “攻击”，空化微泡破裂时释放的能量还能进一步升高目标组织微环境的温度，让细菌难以 “生存”。
超声化学反应则像是一场微观世界的 “魔法秀”。在惯性空化过程中，空化微泡快速地膨胀和收缩，释放出大量能量，引发了水的热解离等声化学反应，从而产生了各种活性氧物质（ROS）。这些 ROS 就像是细菌的 “克星”，比如超氧阴离子（
）、过氧化氢（
）、单线态氧（
）和羟基自由基（
）等。不同的声敏剂会产生不同的 ROS，比如二氧化钛（
）就能产生过氧化氢和羟基自由基。ROS 的活性非常强，它们能与细菌的各种细胞成分发生反应，对蛋白质、脂质等进行氧化破坏，导致细胞膜破裂、生物分子降解，最终让细菌 “一命呜呼”。虽然目前 SPDT 导致微生物死亡的具体机制还没有完全弄清楚，但有研究表明，在哺乳动物细胞中，坏死性凋亡可能参与其中，或许细菌细胞也有类似的 “死亡之路”，这还需要进一步探索。
协同 SPDT 治疗耐药菌感染
为了让 SPDT 的 “战斗力” 更强，研究人员尝试将它与其他治疗方法联合起来，效果十分显著。
比如，Feng 等人制作了一种由声敏剂和压电材料组成的混合界面，也就是红细胞（RBC） - 中空金属 - 有机框架（HNTM）
复合材料。这个 “神奇的组合” 通过声压电效应和机械力，大大提高了电子转移效率，产生了更多的 ROS。在小鼠骨髓炎模型实验中，经过超声处理后，感染部位的伤口炎症明显减轻，说明这种方法能有效地在感染的骨部位发挥抗菌作用。
Guan 等人利用金属 / 红磷异质结制备了声热材料。这种材料能利用电子运动激活，实现对细菌环境的高效、特异性加热，解决了传统超声治疗中加热不精准的问题。在体内实验中，它能快速清除耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）感染，而且不会对组织造成损伤，在临床应用方面展现出巨大的潜力。
Zhang 等人研发的 Fe - 金属有机框架（MOF）玫瑰红 B（RB）@银纳米颗粒（AgNPs；MRA）抗菌纳米材料，结合了化学动力学疗法（CDT）和 SPDT 的双重优势。在 CDT 过程中，Fe - MOF 在酸性条件下能把内源性过氧化氢（
）转化为羟基自由基（
），破坏病原体的细胞结构；酸性环境还能让这个催化过程变得更快。在 SPDT 中，Fe - MOF 降解会释放出声敏剂玫瑰红 B（RB），在超声作用下产生单线态氧（
），对病原体发起强烈的氧化攻击。此外，材料表面的 AgNPs 还能持续释放
离子，提供广谱、持久的抗菌能力。这种 CDT 和 SPDT 联合的方法，大大增强了抗菌效果，对治疗由耐药病原体引起的阴道念珠菌感染等疾病很有帮助。
Song 等人开发的
- BiOBr - 聚乙烯亚胺 [PEI] 纳米片（Fe - BBP NP）治疗诊断平台也十分出色。在超声照射下，这个平台能引发电子跃迁，产生 ROS，有效对抗 MRSA 感染。同时，它还具备实时荧光（FL）成像功能，就像一个 “导航仪”，能精确地找到并穿透小鼠体内的感染部位。通过磁共振成像（MRI）监测发现，用 Fe - BBP NPs 联合超声治疗后，感染区域的弥漫性病变完全消失了，证明这种 SPDT 策略能成功清除顽固的 MRSA 感染。
Pang 等人研制的单克隆抗体引导的纳米囊泡（ANVs）则结合了声敏剂和基因工程细胞膜，实现了对细菌和毒力因子的双靶向，这就是所谓的声免疫疗法（SIT）。ANVs 就像一个 “智能炸弹”，能精准地找到并消灭细菌，同时还能增强免疫反应，促进长期免疫。在实时研究中，ANV 介导的 SIT 成功地完全清除了 MRSA 感染，为提高临床治疗效果、减少抗生素耐药性提供了新的思路。
SPDT 的优势与挑战
SPDT 作为一种创新的治疗方法，有着不少突出的优势。它就像是一个 “全能战士”，抗菌谱非常广，能对付各种耐药病原体。不管细菌是通过产生酶、外排泵，还是改变细胞膜通透性来抵抗传统抗生素，SPDT 都不怕。它通过超声波产生的机械应力和压电材料引发的氧化损伤这两种方式，双管齐下，直接破坏细菌细胞，让耐药菌无处可逃。
而且，SPDT 还能有效减少抗生素耐药性的产生。传统抗生素常常因为细菌能适应它们的作用靶点而失效，但 SPDT 的物理破坏和氧化应激机制让细菌很难适应，大大降低了细菌产生耐药性的可能性，也减少了不同菌株之间交叉耐药的风险。
从安全性方面来说，SPDT 在之前的研究中表现出色。它就像一个 “温柔的守护者”，对周围健康组织的影响很小，副作用微乎其微。在治疗过程中，可能只会出现轻微的红斑或发热等短暂的局部反应，而且不用特殊处理就能自行恢复，不会引起明显的全身毒性或炎症反应，为临床治疗提供了更安全的选择。
不过，SPDT 也面临着一些挑战。在技术层面，就像驾驶一辆精密的赛车，需要精确控制超声参数，优化压电材料，才能在保证患者安全的同时，让治疗效果达到最佳。目前，针对不同细菌种类和临床场景，还没有一套成熟、标准化的 SPDT 治疗方案，这还需要科研人员不断探索。另外，SPDT 设备的初始成本较高，治疗过程也比较复杂，这使得它在医疗资源有限的地区很难广泛应用。在临床转化方面，要把治疗药物准确地送到目标部位并不容易，尤其是在复杂多变的生物环境中。而且，作为一种新型治疗方法，SPDT 还需要经过大量严格的临床前和临床试验评估，这也延缓了它进入临床应用的步伐。此外，生产用于大规模临床使用的 SPDT 药物，在可扩展性和成本效益方面也还需要进一步提升。
研究结论与展望
总的来说，SPDT 在对抗耐药菌感染的道路上展现出了巨大的潜力。它利用超声波和压电材料，通过物理破坏和氧化应激的双重机制杀死细菌，成功避开了传统的耐药途径，对包括 MRSA 和铜绿假单胞菌等在内的多种耐药病原体都有很好的抗菌效果。这不仅为治疗耐药菌感染提供了一种新的有效方法，还对公共产康有着重要意义。在抗生素耐药性日益严重、新抗生素研发缓慢的今天，SPDT 就像是黑暗中的一道曙光，有望缓解这场危机，减少人们对传统抗生素的依赖。
为了让 SPDT 从实验室走向临床，造福更多患者，未来的研究还有很长的路要走。科研人员需要深入了解 SPDT 在分子和细胞层面的作用机制，比如超声波和压电材料到底是如何相互作用导致细菌死亡的，ROS 的产生过程和规律是怎样的，以及它们对细菌生物膜有什么影响。这些知识就像一把把钥匙，能帮助优化治疗方案，提高治疗效果。
在技术方面，要研发出更便携、更易用的设备，让超声治疗更加精准，减少患者的不适感。同时，结合实时监测技术，比如成像技术或生物传感器，就像给治疗过程安装了一个 “实时监控器”，能及时了解治疗进展和细菌的反应，进一步优化治疗效果。
跨学科合作在这个过程中也非常重要。工程师、微生物学家、药理学家和临床医生等不同领域的专家携手合作，才能加快 SPDT 设备的研发，完善治疗方案，并通过严格的临床前和临床试验验证其安全性和有效性。此外，和监管机构、医疗政策制定者合作也必不可少，这样才能让 SPDT 顺利通过监管，在临床中得到广泛应用。
未来，SPDT 还可以探索更多的协同治疗方案，和传统抗生素、抗菌肽（AMPs）或免疫疗法等联合使用，发挥更大的威力，克服治疗耐药性问题，提高患者的治愈率。同时，把 SPDT 应用到兽医医学和污水处理等环境领域，能进一步扩大它的 “战场”，为全球抗菌事业做出更大的贡献。
超声压电动力疗法（SPDT）为对抗耐药菌感染带来了新的希望。虽然目前还面临一些挑战，但随着研究的不断深入和技术的不断进步，相信在不久的将来，SPDT 能成为临床治疗耐药菌感染的重要手段，为人类健康保驾护航。
