应用新型药物递送系统预防和治疗生物被膜所致感染

周文凯，侯续成，李桂玲



应用新型药物递送系统预防和治疗生物被膜所致感染

周文凯，侯续成，李桂玲

在抗菌领域研究之初，人们认为细菌在体内呈单个存在且浮游生长。科学家将可抑制体外培养的浮游致病菌生长和繁殖的抗生素应用于体内病原菌感染的治疗，取得了良好的治疗效果。后来，随着抗生素的广泛使用，临床发现抗生素药物在体内的抗菌效果大不如前。在20 世纪初期，科研人员对细菌生长状态重新进行了研究，陆续发现多种细菌可集聚存在于自身所产生的胞外聚合物内，且黏附于外界活性或非活性材料表面生长[1]。这种胞外聚合物与细菌共存的物质被称为生物被膜[2]。胞外聚合物对其内部的致病菌具有保护作用，从一个方面解释了致病菌耐药性产生的原因。

近年来，细菌对抗生素的耐药性甚至多重耐药性问题已成为公共卫生领域的严重问题，引发了全球的高度关注。临床上常见的多重耐药菌（ESKAPE 细菌）有六种，分别为粪肠球菌（）、金黄色葡萄球菌（）、肺炎克雷伯菌（）、鲍曼不动杆菌（）、铜绿假单胞菌（）和肠道杆菌（）。ESKAPE 细菌的感染给防控及治疗工作都带来了极大的挑战，而ESKAPE 细菌的多重耐药特性均与其生物被膜的产生密切相关。因此，关于生物被膜形成机制与耐药性的研究以及生物被膜感染治疗手段的研究迫在眉睫。

1 生物被膜的形成及其耐药性产生机制

1.1 生物被膜的物质成分

微生物产生的胞外多聚物是构成生物被膜的主要成分。不同微生物所产生的胞外聚合物成分不尽相同，主要包括：蛋白质、蛋白聚糖、糖蛋白、多糖、核酸、脂类、脂多糖等[3]。

多糖是胞外聚合物的主要成分之一，胞外多糖在生物被膜中呈线状或分枝状分布，形成了复杂的网络结构，在生物被膜中起到了结构支撑的作用。与此同时，胞外多糖还具有凝聚基质、保持水分、吸收无机物质及有机物质、保护微生物等功能[4]。胞外多糖的糖单元主要有甘露糖、半乳糖、葡萄糖等。除了这些糖类物质以外，生物被膜中还存在有N-乙酰葡萄糖胺、阿拉伯糖、海藻糖等多种糖类物质[5]。

胞外蛋白是胞外聚合物的另一种重要组成成分。胞外蛋白按其功能可分为两大类：结构蛋白和酶类。结构蛋白将胞外多糖与细胞表面相连，维持了生物被膜结构的稳定性[6]。而酶类参与了生物被膜的降解过程。酶类可分解多种胞外聚合物，为生物被膜中的细菌提供能量。同时，生物被膜的分解与分散也需要酶类物质发挥作用[7-8]。

胞外DNA（eDNA）在生物被膜的形成过程中扮演着重要角色。研究表明，eDNA 参与了生物被膜的黏附过程。eDNA 自身带负电荷，当细菌与欲附着物表面相隔纳米级的距离时，eDNA 可与物体表面的某些受体发生相互作用，从而促进细菌的黏附[9]。另外，由于eDNA 带负电，因此能与生物被膜中的金属离子发生螯合作用，且可与带正电的抗生素相结合，从而导致某些生物被膜内细菌耐药性的出现[10-11]。

1.2 生物被膜的形成

生物被膜的形成过程是一系列物理、化学和生物反应的过程。细菌生物被膜的形成可分为五个时期，依次为：可逆附着期、不可逆附着期、成熟初期、成熟期、分散期[12]。

1.2.1 可逆附着期 在可逆附着期，游离的细菌可通过范德华力、伦敦力、静电作用力、疏水作用力等物理作用或细菌自身的纤毛或鞭毛的作用黏附于生物或非生物体表面。附着物表面诸如温度、亲疏水性等理化性质也同样会影响微生物的表面附着过程[13]。

1.2.2 不可逆附着期 胞外多聚物的产生标志着生物被膜的形成进入不可逆附着期。此时，微生物对物体表面的黏附力远远大于其排斥力。微生物所产生的海藻酸等胞外聚合物在这一时期显著增多，而海藻酸在胞外含量的增多有利于细菌对于物体表面的黏附[14]。同时，与鞭毛形成相关基因表达发生下调[15]。

1.2.3 成熟初期 在成熟初期，细菌可通过自身分泌的信号分子进行细菌之间的相互交流。同时，胞外聚合物如胞外多糖、蛋白质及eDNA 等将逐渐增多以形成稳定的生物被膜结构。同时，生物被膜将逐步由单层变为多层，其厚度可达10 μm[16]。

1.2.4 成熟期 进入成熟期的生物被膜厚度将进一步增大，可达100 μm。成熟期的生物被膜中通常存在多种微生物。不同微生物之间通过复杂的物质交换及能量代谢得以共存。此时，成熟的生物被膜通过物理结构、理化性质的调节，充分适应了外界环境[17]。

1.2.5 分散期 第五个时期为生物被膜的分散期。在这一时期，细菌通过多种糖解酶分解生物被膜中的胞外多糖，实现生物被膜表面细菌的重新游离[18]。鞭毛相关蛋白表达的上调提升了游离生物被膜细菌的运动能力。而重新游离的细菌可在环境适宜的生物或非生物物体表面重新形成生物被膜[19]。

1.3 生物被膜产生耐药性的机制

生物被膜因其胞外基质对抗生素药物的屏障作用以及其内微生物表型与游离状态微生物表型的差异性而引起的耐药性问题逐渐受到重视[20]。生物被膜的存在造成了临床上如：骨髓炎、中耳炎、牙周炎、肺部感染、心肌炎、泌尿生殖系统感染等一系列难治性感染性疾病，严重威胁人类生命健康。另外，病原菌黏附于植入医疗装置所引起的与生物被膜相关的感染也愈发受到重视。三种关于生物被膜耐药性发生机制的假说解释了其耐药性的原因：

假说一：抗生素不能完全渗透进入生物被膜内部。

细菌胞外聚合物是由胞外多糖、eDNA 等复杂成分组成且性质黏稠的物质，它的存在阻碍了抗生素药物的扩散作用，从而使得生物被膜内部的抗生素药物浓度显著降低而达不到抑制致病菌存活所需的有效浓度[21]。除此之外，生物被膜中存在某些细菌向胞外分泌的抗生素水解酶以及抗生素共价修饰酶，使得抗生素水解或钝化而丧失抗菌效能，其中以 β-内酰胺酶引起的耐药性最为典型。如金黄色葡萄球菌可通过质粒介导产生 β-内酰胺酶，从而快速降低青霉素和头孢菌素类抗生素在生物被膜中的有效浓度[22]。

假说二：抗生素在复杂多变的生物被膜内部微环境中丧失杀菌活性。

在生物被膜深层，氧气含量显著降低，微生物处于厌氧生长状态。根据Tack 和Sabath[23]的相关研究表明，氨基糖苷类抗生素在厌氧环境中的抗菌作用显著降低，甚至完全失效。由于生物被膜内酸性代谢产物的累积会造成局部微环境pH 值的降低，而抗生素在酸性环境中杀菌能力有所降低，这使得酸性环境中的致病菌逃脱了抗生素的杀灭作用[24]。除此以外，处于生物被膜内的细菌由于氧气和营养物质的缺乏，其新陈代谢速率相比于浮游状态的细菌有明显降低。因此对那些以某生物大分子物质的生物合成途径或以细菌的新陈代谢途径为作用靶点的抗生素，如 β-内酰胺类抗生素及喹诺酮类抗生素，致病菌将失去敏感性[25-26]。

假说三：生物被膜中耐药菌的存在导致了生物被膜整体的耐药性。

生物被膜内部本身就可能存在耐药性菌株。同时，生物被膜中还存在诱导产生的耐药性菌株。这是因为生物被膜中的抗生素浓度往往低于最低抑菌浓度，细菌在这样的环境下更容易被诱导产生耐药性菌株。耐药性菌株的耐药性基因在生物被膜中的不同菌株之间可以发生相互传递，进一步加速了生物被膜中耐药菌株的蔓延[27-28]。

2 生物被膜的防治策略

针对生物被膜的形成过程以及耐药性产生的原因，我们可以通过以下两种策略预防生物被膜的产生、治疗生物被膜相关的感染性疾病。

第一，预防病原微生物在生物或非生物物体表面的附着。植入医疗装置如中心静脉导管、人工心脏瓣膜、人工导尿管、植入式神经刺激器、人工耳蜗、人工晶状体、人工植入牙等在人体内发挥自身重要功能的同时，往往会成为病原微生物潜在黏附对象[29]。除了充分做好植入手术过程中的灭菌工作并辅以必要的抗生素药物预防以外，可采用具有抗菌或抗黏附作用的药物及材料，对植入医疗装置表面进行修饰或改变装置材料表面结构，以有效防止病原微生物在其表面的附着[30-32]。

第二，分散生物被膜并杀灭生物被膜内病原微生物。由于生物被膜这一结构物质的存在，使得致病菌的致病性增强，耐药性提高。单一抗生素治疗往往得不到有效的治疗效果，因此需要采取多种抗生素联合治疗的手段来应对生物被膜所引起的感染[33]。与此同时，相关领域的科研工作者还在积极探索能够有效分散生物被膜的药物，即抗生物被膜药物。现今，多种天然化合物已被证实具有抗生物被膜活性，或具有成为人工合成抗生物被膜药物先导化合物的潜力。这类药物本身往往并不具有杀灭微生物的能力，因此需要与抗生素药物联用，从而达到治疗目的[34]。

此外，一些新型的生物被膜治疗手段也逐渐引起重视，例如纳米制剂和脂质体等新型药物递送系统在生物被膜治疗中也有越来越多的应用。

3 新型药物递送系统在生物被膜治疗中的应用

脂质体、纳米粒等新型药物递送系统因具有提高药物稳定性、提高药物生物利用度、改善药物体内分布、实现靶向给药、可控释药、实现外部信号响应等优点而受到广泛的研究和应用[35]。新型药物递送系统可在生物被膜形成过程的多个步骤中发挥作用。其中包括：对植入医疗器械进行表面材料修饰，以降低微生物的黏附作用，减少生物被膜的形成；而将抗生素或抗生物被膜药物等包裹于纳米材料中，还可以实现药物在植入医疗装置表面长期缓控式释放。除此以外，对于局部感染的治疗，常规全身给药需要的药物剂量较高，而脂质体、纳米粒等药物递送系统可以实现局部区域的靶向给药，降低全身毒副作用。正如上文所提及，药物在生物被膜中的渗透性较差，稳定性较低，而药物递送系统的使用可以有效地提高药物在生物被膜中的稳定性，增强药物在生物被膜中的渗透性，提高生物利用度。

3.1 脂质体

脂质体是由脂质双分子层构成的球形封闭囊泡。当磷脂等两亲性分子分散于水相时，分子的疏水尾部聚集在一起，亲水头部暴露于水相，自组装形成具有疏水内核的双分子层封闭囊泡结构。在囊泡内，水相和双分子膜内可以装载多种不同极性的药物。脂质体作为一种药物载体，其生物相容性好，载药可降低药物毒性、提高药物稳定性。将脂质体表面进行结构修饰，可以得到具有特定功能的脂质体。脂质体表面的修饰包括高分子聚合物的共价结合以及蛋白质分子的连接等。表面修饰后的脂质体，或是具有靶向富集于某些组织的特性，或是具有免疫逃逸的功能，极大地丰富了脂质体的特性。此外，对脂质体表面电荷进行修饰也将使得脂质体这一药物递送系统具有靶向释药的作用[36-37]。在抗炎抗感染治疗领域的研究中表明，脂质体具有阻止微生物定植以及靶向富集药物于生物被膜表面等作用[38-39]。

3.1.1 脂质体可降低微生物在医疗设备表面的黏附 在医疗设备表面包裹抗生素或抗黏附作用的药物，是一种有效阻止微生物在医疗设备表面黏附以及抑制生物被膜形成的策略。但是，仅以抗生素包裹医疗设备表面存在以下问题：其一，抗生素在体内会发生降解，因此不能保证医疗装置植入体内后一直不被致病菌所黏附；其二，医疗装置表面所覆盖的抗生素，可能会对材料本身的使用寿命，材料与所植入生命体的相容性等诸多因素造成影响[40]。另外，倘若表面所覆盖抗生素的浓度较低，不仅无法有效杀灭微生物，还可能诱导更多耐药菌株的出现[41]。

目前，许多关于抗微生物定植及抗微生物黏附药物递送系统的研究正在不断发展。而脂质体凝胶包裹的硅胶导管是其中最具有发展前景的药物递送新材料。实验表明，将载有环丙沙星的脂质体聚乙二醇凝胶覆盖于导管表面，可在连续7 d 的时间里完全抑制住细菌在其表面的黏附[38]。将雄性Sprague-Dawley 大鼠腹膜作为由铜绿假单胞菌引起的腹膜炎感染模型，分别将覆盖有环丙沙星脂质体凝胶的硅树脂与空白硅树脂植入大鼠腹膜进行比较，植入7 d 后发现，植入空白硅树脂的实验鼠均患有腹膜炎，而植入覆盖有环丙沙星脂质体凝胶硅树脂的大鼠并无腹膜炎感染的迹象。这一显著差异表明，覆盖有环丙沙星脂质体凝胶的硅树脂具有抗铜绿假单胞菌黏附而引起腹膜炎的作用[42]。

3.1.2 脂质体作为药物递送系统将药物递送至生物被膜界面 脂质体作为一种药物递送的载体，具有靶向定位生物被膜的作用。而脂质体的组成成分是影响脂质体与生物被膜界面之间相互作用的重要因素。由二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱（DMPC）、胆固醇（CH）、双十八烷基溴化铵（DDAB）制备的阳离子脂质体以及由DMPC与磷脂酰肌醇（PI）制备的阴离子脂质体在运送如三氯生等抗菌药物时，均与生物被膜有着明显的静电相互作用[43]。激光共聚焦显微镜可用来观察和研究脂质体与生物被膜之间的吸附作用。通过激光共聚焦显微镜，可直接观察到荧光素标记的脂质体与生物被膜之间的相互作用。在Ahmed 等[44]的实验中，用羧基荧光素标记以卵磷脂（PC）为主要成分合成的脂质体。其中，阳离子脂质体中添加了DDAB，而阴离子脂质体中添加了PI。聚乙二醇化的阳离子脂质体添加了DDAB 及1,2-二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺-N-聚乙二醇-2000。激光共聚焦显微镜图像表明，阳离子脂质体与生物被膜之间的吸附力强于阴离子脂质体与生物被膜之间的吸附力。而将聚乙二醇化的阳离子脂质体与非聚乙二醇化的阳离子脂质体进行对比试验的结果表明，聚乙二醇化会抑制生物被膜与阳离子脂质体之间的吸附作用。

Robinson 等[45]以 DMPC 与 DDAB 为材料制备了阳离子脂质体，以 DMPC 与 PI 为材料制备了阴离子脂质体。将所制备的两种不同脂质体用于抗生物被膜实验。实验结果表明，生物被膜中不同的微生物与两种脂质体的吸附作用存在强弱差异，但总体而言，生物被膜中的微生物对阳离子脂质体的吸附程度较高。例如，将载有抗菌剂三氯生的阳离子脂质体和阴离子脂质体分别用于治疗内含血链球菌（）和唾液链球菌（）的生物被膜时发现，相比于阴离子脂质体，生物被膜对于阳离子脂质体的吸收更多，阳离子脂质体对生物被膜的作用更强。而阴离子脂质体对血链球菌生物被膜的治疗较为有效，却对唾液链球菌所产生的生物被膜几乎没有治疗效果。

Drulis-Kawa 等[46-48]检验了一系列的阳离子脂质体及阴离子脂质体，同样证实了阳离子脂质体更具有抗菌及抗生物被膜的特性。这可能是因为阳离子脂质体与细菌细胞膜之间有着更强的离子间相互作用。不仅如此，Drulis-Kawa 等还强调，脂质体靶向生物被膜或进入生物被膜的特性不仅取决于脂质体本身的成分特性，所载药物的理化性质也同样影响着脂质体抗菌及抗生物被膜药效。Gubernator 等[49]将环丙沙星、美罗培南及庆大霉素等多种抗生素装载入由PC、二油酰磷脂酰乙醇胺（DOPE）、2,3-二油酰基-丙基-三甲胺（DOTAP）比例为 3:4:3（mol/mol）构成的阳离子脂质体中，并对铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌以及大肠杆菌三种不同细菌进行抑菌实验。结果表明，载有环丙沙星及美罗培南的阳离子脂质体可在低于药物自身最低抑菌浓度（MIC）时便具有较强的杀菌活性，而载有庆大霉素的阳离子脂质体却提高了庆大霉素对以上三种实验菌治疗所需的MIC 值。Gubernator 对此予以的解释是，对于环丙沙星和美罗培南，阳离子脂质体与带负电革兰阴性细菌细胞外膜的静电相互作用使得药物富集于细菌细胞表面，有利于药物扩散进入细菌细胞，到达各自的作用靶位发挥药效。而庆大霉素进入细胞质并发挥药效，需要有庆大霉素与细菌细胞膜发生离子键连接的过程，而载庆大霉素脂质体不能通过这种方式进入细胞质，因此其杀菌作用减弱。

3.2 聚合物药物递送系统

聚合物在制药及医疗卫生行业有着广泛的应用。许多医疗器械，如外科手术缝合线、缓控释药物递送系统以及医用组织支架等，均需要以聚合物作为制作材料。聚合物药物递送系统有着高效的药物递送能力，这样的载体系统有纳米粒、微球、水凝胶等。这些药物递送系统已应用于牙周炎、骨髓炎以及胞内感染的研究和治疗[50]。

一些合成聚合物药物递送载体所用的聚合物材料本身就具有一定的抗生物被膜能力。据文献报道，聚羧酸甜菜碱甲基丙烯酸甲酯具有破坏铜绿假单胞菌生物被膜的能力，而聚硫代甜菜碱甲基丙烯酸甲酯具有抑制铜绿假单胞菌生成生物被膜的作用[51]。Schaer 等[52]将疏水阳性复合物材料N,N-十二烷基，甲基-聚乙烯亚胺衍生物覆盖在体内骨科矫形所用的钛或不锈钢材料医疗设备的表面，发现该材料在体内可抑制生物被膜的合成，从而减少感染的发生。虽然某些聚合物材料本身具有抗菌、抗生物被膜的活性，但是，由于聚合物与细胞膜之间无特异选择性，既能与细菌细胞膜结合，也能与动物体内正常细胞膜结合。因此高剂量聚合物的单独用药往往会对哺乳动物细胞产生较大的毒性。因此，聚合物材料在用于治疗感染时往往需要与抗生素联合使用，以减少聚合物的使用量，从而降低其毒副作用。

生物可降解微球是一种优良的聚合物药物递送载体。生物可降解微球可由多种生物相容性聚合物材料合成，其中包括：聚乳酸（PLA）、聚羟基乙酸（PGA）、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）、聚己内酯（PCL）等[53-55]。以聚合物为材料所合成的微球，其降解速率及溶解性取决于聚合物的亲疏水性、聚合物的化学性质以及聚合物分子量的大小等因素[56]。牙菌斑是在牙齿表面逐渐沉积的微生物薄膜，微生物的大量滋生是引起牙周炎等口腔疾病的主要因素。牙周炎可通过手术或抗生素的全身给药来治疗。采用全身给药的治疗方式，需要服用高剂量的抗生素才能使其在牙龈处达到有效的抑菌浓度，这将导致肠胃菌群失调、耐药性细菌滋生等一系列副作用的出现。而通过聚合物包载药物进行局部治疗，在有效治疗牙周炎的同时，可降低全身给药所带来的风险。包载有氯己定、葡萄糖酸氯己定以及氯己定-环糊精络合物的PLGA 微球，便是一种聚合物递送系统，可有效治疗牙龈卟啉单胞菌（）所引起的牙周炎。由于氯己定的水溶性较差，其在PLGA 微球中的释放速率较慢，但当亲水性的环糊精络合后，氯己定水溶性改善，其在PLGA 微球中的释放速率可持续提高达两周之久。在平板扩散法实验中，这种氯己定-环糊精络合物的PLGA 微球可在长达7 d 的时间里有效抑制牙龈卟啉单胞菌的生长[57]。

聚合物水凝胶也是一种聚合物药物递送载体，可实现抗生素在体内的可控释放。由聚甲基丙烯酸羟乙酯（pHEMA）材料交联组成，表面修饰有异氰酸十八酯并载有诺氟沙星的聚合物水凝胶，不仅可以实现药物的零级释放，且所释放的诺氟沙星可完全清除植入医疗装置表面表皮葡萄球菌（）所形成的生物被膜[58]。Laverty等[59]将抗菌肽载入以pHEMA 为材料的水凝胶中，用以预防金黄色葡萄球菌（）所引起的腹膜透析感染，并将其与载万古霉素的pHEMA 水凝胶进行对比。实验结果表明，水凝胶基质可实现抗菌肽的缓控式释放。抗菌肽与水凝胶基质间的静电相互作用是实现抗菌肽缓慢释放的原因，而抗菌肽释放速率的减缓有利于其对生物被膜的分散作用。

慢性骨髓炎是一种常见骨科疾病，其发生的原因亦与细菌的生物被膜有关。目前对其治疗的方法包括手术治疗及抗生素治疗两方面。浸渍有抗生素的骨水泥在为骨愈合提供骨传导的同时，也是一种实现抗生素局部治疗的释药载体。骨水泥的聚合物合成材料可分为生物可降解材料和生物不可降解材料。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是应用最早也最为广泛的生物不可降解骨水泥聚合物材料。庆大霉素、妥布霉素、头孢菌素等抗生素常被作为PMMA 骨水泥的浸渍抗生素，且均有相应的临床研究[60]。但PMMA 也有其缺陷，由于该材料聚合过程反应温度高，限制了某些受热不稳定抗生素的应用。同时，由于其不可降解，因此往往需要二次手术取出[61]。可用于制作骨水泥的生物可降解材料包括硫酸钙、磷酸钙、胶原蛋白、脱钙骨基质等。生物可降解材料的使用避免了二次手术，但其功能性与PMMA 相比并无明显的优劣之分[62]。

3.3 金属纳米粒

一些含金属粒子的纳米粒，如银纳米粒（AgNPs）、氟化镁纳米粒（MgF2NPs）等，均具有抑制生物被膜形成的活性。因此，这些金属纳米粒可作为药物递送的载体或作为医用植入器械表面的覆盖材料[63]。

金属银本身就有较高的抗菌活性，可用于感染疾病的预防和治疗。而通过纳米技术制备的银纳米粒亦是一种抗菌活性较高的材料。同时，诸多文献也证实了银纳米粒具有抗生物被膜的能力。银纳米粒的制备方法有化学还原法、热分解法、激光烧蚀法及超声合成法等。银纳米粒可呈球形、条形、带形、立方体形等多种形状[64]。Kalishwaralal 等[65]考察了银纳米粒对铜绿假单胞菌以及表皮葡萄球菌生物被膜形成的作用。实验结果表明，2 ~ 4 h 的银纳米粒治疗将抑制95% 以上生物被膜的生长。Gurunathan 等[66]对比考察了抗生素、银纳米粒、抗生素与纳米银联用这三种给药方案的抗菌及抗生物被膜能力，发现银纳米粒与抗生素的联用可显著提高各自对铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌等生物被膜产生菌的抑制作用。这表明，纳米银与抗生素的联用是一种值得探究的抗生物被膜治疗策略。将金属银包裹于植入医疗装置表面，亦可以发挥其抑菌、抗生物被膜的作用。用阿拉伯胶包裹的银纳米粒（GA-AgNPs）给药处理从临床分离的铜绿假单胞菌生物被膜，结果表明，GA-AgNPs 对铜绿假单胞菌的抑制作用呈浓度依赖型，在医用导管表面涂有浓度为50 μg/ml 的GA-AgNPs，即可抑制95% 以上的铜绿假单胞菌在其表面的黏附[67]。覆盖于骨水泥表面[68]及伤口的创伤敷料中[69]的纳米银材料同样起到了抑制微生物生长及减少生物被膜形成的作用。

具有抗菌活性的镁基纳米粒包括氧化镁纳米粒及卤化镁纳米粒两大类。氧化镁纳米粒比表面积大、正电性强，因此可与带负电的微生物有较强的相互作用。同时，氧化镁纳米粒表面活性氧物质的存在也是其具有抗菌活性的重要原因。而卤化镁亦可产生活性氧，使得微生物细胞膜的脂类物质发生超氧化反应，进而抑制或改变细胞膜上蛋白的活性[70]。MgF2NPs就是一种可抑制大肠杆菌及金黄色葡萄球菌生长及生物被膜形成的镁基纳米粒[71]。Lellouche 等[72]将制备好的MgF2NPs 载于玻璃表面，测试其抗大肠杆菌及金黄色葡萄球菌生物被膜定植能力。激光共聚焦显微镜的图像结果表明，无MgF2NPs 表面的玻璃布满生物被膜，其菌体密度分别高达12.6 × 1011cfu/cm2和11.6 × 1011cfu/cm2，而表面载有MgF2NPs 的玻璃可显著抑制生物被膜的黏附，其表面菌体密度仅分别为9.3 cfu/cm2和8.0 cfu/cm2，且有大约半数的菌体细胞为死细胞。

4 小结与展望

目前，细菌生物被膜导致的感染性疾病及引发的耐药性问题仍是抗感染领域亟待解决的重要问题。本文综述了一系列应对生物被膜感染进行治疗的药物递送系统。这些系统虽然物理化学性质各异，但是均发挥了各自独特的优势，在不同程度上解决了细菌生物被膜感染和耐药性的问题。它们或是装载抗菌药物及抗生物被膜药物，辅佐药物递送，提高药物抗菌活性，起到分散生物被膜的作用，如载药阳离子脂质体等；或是本身具有抗生物被膜能力，附着于某些载体表面，预防生物被膜的形成，如银纳米粒等。同时，新型药物递送系统在解决生物被膜感染及耐药性的问题上仍存在许多不足。首先，多数针对生物被膜的药物递送系统，其药效评价仅停留在体外评价阶段，其体内药效评价数据仍然缺乏。其次，虽然许多研究学者证实了某些药物递送系统的确具有抑制细菌生物被膜形成的活性，但是其对于哺乳动物细胞的毒性仍有待研究。另外，关于药物递送系统对生物被膜的分子作用机制研究尚未成熟。相信，随着对生物被膜形成机制研究的进一步深入，将会发现更多药物递送新靶点。而针对这些新靶点，设计新型的药物递送系统，结合新型抗生素的使用，将会获得更加高效的抗生物被膜治疗方案。

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国家自然科学基金（81573381）

100050 北京，中国医学科学院北京协和医学院医药生物技术研究所制剂室

李桂玲，Email：liguiling1999@163.com

2016-09-13

10.3969/j.issn.1673-713X.2016.06.009