基于DNA四面体纳米载体的抗生素递送系统：突破生物膜屏障治疗慢性感染

为解决细菌生物膜(Biofilm)介导的抗生素耐药性难题，第四军医大学药学院团队开发了一种基于DNA四面体(Td)的纳米递送系统PMB@Td。研究通过拓扑结构优化，证实Td能高效穿透生物膜基质，显著提升多黏菌素B(PMB)的抗菌效果，在皮肤和肺部感染模型中实现细菌负荷控制与炎症缓解。该研究为克服慢性感染提供了新型纳米平台，发表于《Journal of Nanobiotechnology》。

　　

细菌生物膜如同坚固的"堡垒"，其分泌的胞外聚合物(EPS)形成物理屏障，使抗生素难以渗透，导致慢性感染反复发作。多黏菌素B(PMB)虽对耐药菌有效，但存在肾毒性和穿透效率低等问题。传统脂质体等载体又面临生物相容性和渗透性不足的瓶颈。DNA纳米技术为这一困局带来曙光——框架核酸(FNAs)凭借可编程的拓扑结构和天然生物相容性，成为突破生物屏障的理想载体。然而，FNAs如何与生物膜相互作用？哪种结构最具穿透潜力？这些问题亟待解答。

第四军医大学药学院Yue Hu、Zhou Chen等研究人员在《Journal of Nanobiotechnology》发表研究，系统比较了线性(LIN)、三角形(TA)和四面体(Td)三种DNA结构的穿透效能。通过构建PMB@Td纳米复合物，证实Td能协同发挥"纳米箭头"作用，在体外和体内模型中显著增强抗生素疗效。

研究采用以下关键技术：1) 通过退火自组装制备不同拓扑FNAs，原子力显微镜(AFM)和动态光散射(DLS)表征结构；2) 临床分离耐多药鲍曼不动杆菌构建生物膜模型；3) 共聚焦显微镜(CLSM)定量分析纳米载体穿透深度；4) 建立小鼠皮肤伤口和肺部慢性感染模型评估疗效；5) 超分辨显微镜(STORM)解析Td-细菌膜相互作用机制。

FNAs的生物膜穿透能力
通过比较LIN、TA和Td在20μm生物膜深度的荧光强度，发现Td比TA和LIN分别强11倍和44倍。双标记实验证实Td穿透过程中结构完整性保持>90%。在铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌等病原体生物膜中均表现广谱穿透性。

PMB@Td的构建与优化
电泳和透射电镜(TEM)显示PMB:Td=10:1时形成36nm稳定复合物，包封率>95%。酸性环境(pH4.5)触发PMB快速释放(24h达95%)。CLSM显示该比例下PMB积累量比游离药物高6倍，50:1和100:1比例则因电荷反转导致穿透效率下降。

体外抗菌效果
扫描电镜(SEM)显示PMB@Td(10:1)显著破坏生物膜基质，使细菌形态塌陷。活/死染色显示其杀菌率比游离PMB提高65%。XTT实验测得半数生物膜清除浓度(MBEC₅₀)为12.8μM，优于脂质体载体(16.3μM)。

体内感染治疗
在皮肤伤口模型中，PMB@Td治疗7天使创面缩小61%，细菌负荷降低94%。Masson染色显示胶原排列更有序。肺部感染模型显示PMB@Td组肺泡结构完整，炎症因子(IL-6、TNF-α)水平仅为对照组的1/3。

作用机制
CLSM结合电解质梯度实验证实，Td通过KAc诱导的扩散电泳效应穿透生物膜水通道。Mg²⁺介导的盐桥效应使Td与脂多糖(LPS)结合效率比LIN高4倍，流式细胞术显示40mM Mg²⁺时细菌结合率达80%。膜通透性实验证实Td不破坏细菌膜完整性。

该研究首次阐明DNA纳米载体拓扑结构-生物膜穿透效能的构效关系，为抗感染纳米药物设计提供新范式。Td的双重穿透机制（电泳扩散+膜靶向）可拓展至其他难治性生物膜感染治疗。其天然DNA骨架规避了合成材料的毒性风险，具有显著临床转化潜力。未来可通过整合环境响应元件（如pH敏感 linker），进一步实现感染微环境的精准药物释放。