氧化镁纳米颗粒对糖尿病足溃疡金黄色葡萄球菌生物膜感染的抗菌、抗生物膜及细胞相容性研究

《BMC Microbiology》：Antibiofilm activity and downregulation of icaA and icaD expression by magnesium oxide nanoparticles in clinical Staphylococcus aureus isolates from diabetic foot ulcers

　　

摘要

背景

糖尿病足溃疡（DFUs）常伴有慢性感染和生物膜的形成，其中金黄色葡萄球菌（S. aureus）是主要的病原体之一。由于与生物膜相关的感染对抗生素的耐受性增强，因此需要采取替代或辅助的治疗策略。本研究评估了氧化镁纳米颗粒（MgO-NPs）对从DFUs分离出的S. aureus菌株的抗菌、抗生物膜、细胞相容性和分子效应。

方法

研究纳入了6株来自DFUs的临床S. aureus菌株以及参考菌株S. aureus ATCC 25,923。MgO-NPs通过水热溶胶-凝胶法合成，并通过XRD、UV–Vis光谱、TEM、FESEM、EDX、BET和DLS分析对其进行表征。抗菌活性通过最低抑菌浓度（MIC）测试确定。生物膜抑制作用通过微孔板结晶紫 assay进行评估。细胞相容性使用L929成纤维细胞进行MTT assay进行评价。通过与生物膜相关的基因（icaA、icaB、icaC和icaD）的PCR检测，以及暴露于特定亚MIC浓度的MgO-NPs后icaA和icaD的表达量，通过定量实时PCR分析来评估。

结果

MgO-NPs的MIC值为512–1024 μg/mL，相应的亚MIC浓度为256–512 μg/mL。所有菌株都携带icaA、icaC和icaD基因，而83.3%的菌株中检测到icaB基因。暴露于特定亚MIC浓度的MgO-NPs后，六株临床菌株的生物膜生物量平均减少了约54%。定量实时PCR显示，在所有测试菌株中icaA和icaD的表达量明显下调，其中暴露于256 μg/mL的菌株平均下调40.6%，暴露于512 μg/mL的菌株平均下调59.5%。这些浓度代表了不同菌株的0.5×MIC值，因此不能直接视为同一菌株内的可比较暴露剂量。在浓度高达512 μg/mL时，细胞活力仍保持在90%以上。

结论

MgO-NPs表现出抗菌和抗生物膜活性，并且能够在评估的条件下显著抑制与生物膜相关的基因，同时保持良好的细胞相容性。这些发现提供了初步证据，支持MgO-NPs作为管理DFUs中与生物膜相关的S. aureus感染的辅助策略的潜力。然而，由于临床菌株数量较少、实验控制有限，以及结晶紫 assay无法完全区分直接的抗生物膜效应和与生长相关的减少作用，因此需要进一步的研究。需要更大规模的研究，包括适当的对照、全面的机制分析以及体内模型，以验证这些发现并阐明其背后的机制。

背景

糖尿病足溃疡（DFUs）常伴有慢性感染和生物膜的形成，其中金黄色葡萄球菌（S. aureus）是主要的病原体之一。由于与生物膜相关的感染对抗生素的耐受性增强，因此需要采取替代或辅助的治疗策略。本研究评估了氧化镁纳米颗粒（MgO-NPs）对从DFUs分离出的S. aureus菌株的抗菌、抗生物膜、细胞相容性和分子效应。

方法

研究纳入了6株来自DFUs的临床S. aureus菌株以及参考菌株S. aureus ATCC 25,923。MgO-NPs通过水热溶胶-凝胶法合成，并通过XRD、UV–Vis光谱、TEM、FESEM、EDX、BET和DLS分析对其进行表征。抗菌活性通过最低抑菌浓度（MIC）测试确定。生物膜抑制作用通过微孔板结晶紫 assay进行评估。细胞相容性使用L929成纤维细胞进行MTT assay进行评价。通过与生物膜相关的基因（icaA、icaB、icaC和icaD）的PCR检测，以及暴露于特定亚MIC浓度的MgO-NPs后icaA和icaD的表达量，通过定量实时PCR分析来评估。

结果

MgO-NPs的MIC值为512–1024 μg/mL，相应的亚MIC浓度为256–512 μg/mL。所有菌株都携带icaA、icaC和icaD基因，而83.3%的菌株中检测到icaB基因。暴露于特定亚MIC浓度的MgO-NPs后，六株临床菌株的生物膜生物量平均减少了约54%。定量实时PCR显示，在所有测试菌株中icaA和icaD的表达量明显下调，其中暴露于256 μg/mL的菌株平均下调40.6%，暴露于512 μg/mL的菌株平均下调59.5%。这些浓度代表了不同菌株的0.5×MIC值，因此不能直接视为同一菌株内的可比较暴露剂量。在浓度高达512 μg/mL时，细胞活力仍保持在90%以上。

结论

MgO-NPs表现出抗菌和抗生物膜活性，并且能够在评估的条件下显著抑制与生物膜相关的基因，同时保持良好的细胞相容性。这些发现提供了初步证据，支持MgO-NPs作为管理DFUs中与生物膜相关的S. aureus感染的辅助策略的潜力。然而，由于临床菌株数量较少、实验控制有限，以及结晶紫 assay无法完全区分直接的抗生物膜效应和与生长相关的减少作用，因此需要进一步的研究。需要更大规模的研究，包括适当的对照、全面的机制分析以及体内模型，以验证这些发现并阐明其背后的机制。