气体信使分子（如
NO
、
CO
和
H
2
S
）在调节人体生理和病理过程中发挥着重要作用，尤其是在抗菌、免疫调节等方面表现出显著效果。近年来，氢气（
H
2
）、二氧化硫（
SO
2
）、硒化氢（
H
2
Se
）、甲烷（
CH
4
）等气体也被证实具有广泛的生物医学效应，引起研究者的关注。其中
H
2
Se
（包含
HSe
-
/Se
2-
）是体内膳食硒的代谢中间体之一，作为潜在的气体信使分子表现出优异的抗菌功效。然而，高浓度且非特异性的
H
2
Se
会对正常组织和细胞造成毒性，而且其高反应性导致半衰期不到几秒钟，这对其在感染治疗中的治疗应用带来了挑战。
图
1. H
2
Se-NG
治疗多重耐药菌相关感染示意图
近期，
西北工业大学李鹏
/
王腾蛟团队
开发了一种基于有机硒化氢供体的新型抗菌气体疗法，通过有机供体分子设计及高分子载体结构优化实现
H
2
Se
气体按需缓释，进而达到治疗耐药菌及其生物被膜感染目的（图
1
）。在该研究中，团队首先将硫醇（
RSH
）触发
H
2
Se
释放的硒苯甲酰胺有机小分子
H
2
Se
供体进行醛基化修饰，并通过配方优化制备了含有丰富酰肼基团的聚（乙二醇
-
co
-
丙烯酰肼）纳米凝胶（
PAH-NG
）。随后，在水相环境下通过
pH
敏感的酰腙键结合，成功制备了硒化氢递送纳米凝胶（
H
2
Se
-NG
），从而平衡其生物相容性和抗菌性能。通过模拟生物被膜感染微环境，
H
2
Se
e-NG
表现出级联响应感染微环境低
pH
和
RSH
过表达的
H
2
Se
释放行为，实现了长达
72
小时的持续释放。
图
2. H
2
Se-NG
的表征及性能。
a) H
2
Se-NG
的透射电镜、
EDS
能谱以及原子力显微镜图像；
b)
体外
H
2
Se
释放行为评估；
c) H
2
Se-NG
处理后的
MRSA
和
ESBL-
E.coli
的菌落照片和
SEM
图像；
d) H
2
Se-NG
处理后的
MRSA
生物膜的活死染色激光共聚焦图像。
本工作进一步选择革兰氏阳性菌耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（
MRSA
）和革兰氏阴性菌产超广谱
β
-
内酰胺酶大肠杆菌（
ESBL-
E. coli
），研究了
H
2
Se
-NG
的体外抗耐药菌及其生物被膜性能。
H
2
Se
-NG
在酸性
pH
下能有效杀灭
99.9%
以上的耐药菌，并显著清除
MRSA
生物被膜。同时，处理后的细菌细胞膜出现变形或者破裂，表明这种物理膜破坏方式可能是防止细菌耐药性发展的有效途径（图
2
）。最后，在小鼠皮下
MRSA
感染脓肿模型和植入物
MRSA
生物膜感染模型中，生物安全浓度（
150
μg
/mL
）的
H
2
Se
-NG
能够
显著清除
MRSA
及其生物
被
膜，并显著降低感染后周围组织
中
促炎细胞因子（如
TNF-α
和
IL-6
）水平，
治疗效果与临床用药万古霉素相当（图
3
）。该研究不仅拓展了新型抗菌气体疗法的应用潜力，并为深入了解
H
2
Se
气体在生物体内的“量
-
毒
-
效”关系提供了研究基础。
图
3. H
2
Se-NG
的体内抗生物被膜性能评估。
a)
小鼠皮下植入物相关
MRSA
生物被膜感染模型的示意；
b)
植入部位随时间变化的图像以及第
7
天感染组织的相应
CFU
计数；
c-d)
植入物和周围组织的细菌计数；
e)
植入物周围组织学染色和免疫组化染色；
f-i)
对上述因子水平进行定量统计。
研究成果以
“
Dual-Cascade Responsive
H
2
Se
Delivery Nanogels Bearing Selenobenzamide as
H
2
Se
Donor for the Treatment of Multi-Drug Resistant Bacteria Infections
”
为题发表在
Advanced Functional Materials
期刊上
。西北工业大学柔性电子研究院
李鹏
教授
和
王腾蛟
副教授
为论文的通讯作者。西北工业大学
柔性电子研究院博士研究生
李刚锋
为
论文第一作者
。该
研究受到国家自然科学基金、陕西省杰出青年科学基金
、陕西省重点研发计划、重庆市自然科学基金等项目资助
。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202418229
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