人血清白蛋白水凝胶负载噬菌体PA57作为铜绿假单胞菌感染管理的有前景平台

《Gels》：Albumin Hydrogels Loading Bacteriophage PA57 as a Promising Platform for Pseudomonas aeruginosa Infection Management

　　

多重耐药铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的全球扩散促使研究人员寻求常规疗法的替代方案。本研究开发了基于人血清白蛋白（HSA）的水凝胶用于裂解性噬菌体PA57的递送。基质通过热诱导与乙醇诱导联合凝胶化制备。释放动力学取决于蛋白浓度：20%（w/v）HSA提供超过48 h的缓释，而10–15%（w/v）HSA表现出突释效应。联合体系在孵育早中期有效抑制P. aeruginosa生长，将培养物光密度维持低位达28 h。尽管观察到后期细菌再生长，最终菌量仍显著低于对照组。此外，采用HaCaT角质形成细胞与MRC-5成纤维细胞进行的细胞相容性实验显示高细胞存活率，证实该水凝胶基质用于伤口愈合应用的安全性。这些结果证明了HSA基水凝胶作为感染伤口局部噬菌体治疗平台的前景。

研究背景方面，多重耐药铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的蔓延削弱了感染伤口的治疗效果，常规抗生素因病原体快速适应、选择性有限及系统不良反应而效力下降。噬菌体因其裂解活性不受细菌耐药机制影响且种特异性高，被视为有前景的替代疗法，但临床转化受限于病毒粒子在伤口环境中的稳定化与靶向递送。多糖水凝胶存在孔径阻碍噬菌体扩散、酸性制备条件致噬菌体失活及化学交联剂损伤病毒等问题；蛋白质水凝胶尤以人血清白蛋白（HSA）具备多重配体结合位点、Cys34自由巯基的抗氧化能力及高丰度血浆蛋白的优良生物相容性，此前研究者已建立热-乙醇联合凝胶化制备HSA水凝胶的方法学。本研究首次将该法用于负载裂解性噬菌体PA57，假设HSA可逆构象重排可保留病毒侵染性，蛋白网络密度调控释放动力学，进而评估封装后滴度稳定性、构建释放曲线并考察模拟伤口环境中清除P. aeruginosa的效率。论文发表于《Gels》。

关键技术方法上，研究者从俄罗斯科学院西伯利亚分院化学生物学与基础医学研究所极端微生物与模式培养物保藏中心获取噬菌体PA57及其宿主广泛耐药（XDR）株P. aeruginosa CEMTC 670，经斑点试验、一步生长曲线及ViPTree基因组分析完成表型与分类鉴定；采用热（60 °C，15 min）与乙醇（15% v/v）联合诱导法制备10%、15%、20%（w/v）HSA水凝胶并负载PA57（10⁸ PFU/mL）；通过完全分散回收实验与动态汇条件（PBS，37 °C，300 rpm）下定时取样测定噬菌体滴度损失与释放曲线，并以零级、一级、Higuchi及Korsmeyer–Peppas模型拟合20HSA-15EtOH配方；悬液培养中用OD₆₀₀监测细菌生长抑制；以HaCaT与MRC-5细胞行形态学观察与MTT法评估细胞相容性。

研究结果部分，2.1节噬菌体PA57裂解活性与形态表征中，研究者对75株P. aeruginosa分离株测试显示30.7%完全裂解，电镜与ViPTree分析确认其属Vandenendeviridae科Nankokuvirus属、严格裂解生活方式，MOI=0.1时90 min内使CEMTC 670活菌数下降5个数量级，证实其快速裂解能力。2.2节HSA基水凝胶开发显示，SDS-PAGE证实HSA单体完整性，宏观与流变学表明10%与15% HSA配方呈剪切变稀（假塑性），负载PA57不改变流变轮廓；斑点裂解试验证明≥10⁶ PFU/mL负载可扩散出具侵染性病毒粒子；稳定性实验表明PA57单独耐60 °C或15%乙醇，但二者协同使滴度从5×10⁸降至~6.1 log PFU/mL，而HSA基质中20%蛋白浓度配方完全分散回收率达10.3±2.2%，高于15%与10%配方；释放动力学示10–15% HSA突释，20% HSA持续释放至48 h，Korsmeyer–Peppas拟合最优（R²=0.9957，n=0.61）属异常传输；悬液培养中PA57水凝胶前30 h维持OD₆₀₀ 0.2–0.5，显著低于空白凝胶对照组。2.3节细胞相容性评估中，HaCaT与MRC-5在凝胶表面24 h内完成贴附、铺展与网络形成，MTT显示角质细胞存活率80–140%、成纤维细胞75–85%，乙醇浓度提升未致统计显著毒性。

讨论总结指出，HSA浓度是调控噬菌体存活与释放的核心参数，高密度网络在凝胶化时缓冲了热-乙醇协同灭活作用并形成扩散屏障实现长效释放；剪切变稀特性利于创面涂抹；体外抗菌与双细胞系相容性共同支持该平台用于感染伤口局部治疗。结论部分翻译如下：本研究首次成功将裂解性噬菌体PA57纳入经热-乙醇联合凝胶化制备的HSA水凝胶，证实尽管PA57对温醇协同敏感，HSA基质仍可提升病毒粒子保存率；HSA由10%增至20%（w/v）使活噬菌体得率由1.3±0.6%升至10.3±2.2%；20% HSA配方呈持续释放，Korsmeyer–Peppas方程契合最佳（R²=0.9957，n=0.61）提示Fick扩散与基质弛豫/溶胀共同主导的异常传输；流变学伪塑性未被噬菌体改变；斑点裂解与悬液培养证实释放病毒保留裂解力并压制P. aeruginosa；水凝胶对HaCaT与MRC-5具优良细胞相容性；该HSA平台具备与低分子抗生素共递送的物理化学兼容性，为后续评价噬菌体-抗生素联用克服伤口清除快、生物膜穿透不足及耐药涌现等限制奠定基础。