近日，浙江大学转化医学研究院周民研究员团队和浙江大学眼科医院、浙江大学医学院附属第二医院眼科中心姚克教授团队在材料领域顶级期刊《ACS Nano》（中科院1区，IF: 18.032）发表题为“Cell Wall Destruction and Internal Cascade Synergistic Antifungal Strategy for Fungal Keratitis”的原创研究论文。周民研究员、姚克教授、晋秀明教授和陈小元教授为论文的共同通讯作者。浙大二院眼科中心博士生叶洋为该文第一作者，浙江大学转化医学研究院博士生何健为本文的共同第一作者。
这是周民研究员团队和姚克教授团队经过多年紧密合作，在真菌性角膜炎新药物研发持续发力，取得又一重要突破。在前期铜源纳米材料用于眼部抗感染的研究基础上（ACS Nano 2020; Theranostics 2020），联合团队在充分考虑感染源的基础研究特性以及转化潜力上，针对真菌性角膜炎治疗的临床困难，通过重新设计和优化合成方法，报道了一种新型可视化铜源异质结纳米眼用凝胶，可以依靠破坏细胞壁和内部联级协同策略杀灭真菌，实现疾病的治疗(示意图 1)。
示意图1：可视化铜源异质结纳米眼用凝胶治疗真菌性角膜炎
真菌性角膜炎是发展中国家最常见的致盲性眼病之一，在我国居感染性角膜病致盲率的首位。由于角膜外伤尤其是植物性外伤、临床上广谱抗菌药物、激素等药物的广泛使用和隐形眼镜的不规范配戴，真菌性角膜炎的发病率逐渐升高，病情也更加严重。真菌感染病程长，角膜结构和功能受真菌菌丝侵袭，角膜穿孔率高，其治疗早期主要依赖如纳他霉素、两性霉素B等局部抗真菌药，但临床缺乏广谱高效的抗真菌药物，且存在眼用剂型的生物利用度低、耐药菌增多、需要多次频繁用药依从性差等缺陷，治疗效果有限。此外，相关研究发现，真菌细胞壁对于抵御外界理化因素和产生耐药性起到重要作用，在感染过程中，逐渐形成的具有三维结构的细胞外基质和微生物的复合物——生物膜，会进一步产生渗透壁垒的作用，防止抗真菌药物到达作用靶点。因此，针对真菌细胞壁与真菌生物膜等靶点开发新型的抗真菌药物一直是学科领域研究重点和热点。
本研究提出的纳米抗菌剂通过氧化亚铜表面原位还原银离子形成纳米银颗粒，组装形成异质结纳米结构，随后加入对真菌细胞壁/生物膜有辅助破坏作用的EDTA分子进行表面修饰，形成最终的AgCuE纳米异质结抗菌材料（图1）。此后，本研究以白色念珠菌为研究对象，系统研究了AgCuE抗菌剂对其杀菌效果和杀菌机理。实验结果显示，在近红外激光的辅助下，该策略可以有效破坏真菌的细胞壁，进一步提高金属离子/化学动力/光动力/低温光热的联级协同杀菌作用，可以有效预防生物膜的形成和破坏成熟的真菌生物膜（图2）。相关机理分析发现，AgCuE的潜在抗真菌的途径涉及干扰代谢过程、抑制菌丝和生物膜形成、氧化应激、减弱毒力因子等关键基因和代谢过程。
图1：铜源异质结纳米眼用凝胶抗菌剂设计
图2：铜源异质结纳米眼用凝胶抗生物膜作用
在体外验证的基础上，以AgCuE纳米抗菌眼用凝胶的形式，在小鼠真菌性角膜炎模型中进行验证。如图3所示，AgCuE具有OCT（光学相干层析扫描成像）/PA(光声)双模影像功能，在感染局部可以滞留并持续释放抗菌成份，利用OCT这一眼科常用检查设备，可以同时监控药物存留时间和眼部治疗效果，从而实现影像监控指导临床治疗。在同等的给药条件下，AgCuE取得了比临床抗真菌剂两性霉素B更佳的治疗效果。15天时角膜恢复透明，上皮缺损愈合，感染和炎症被有效控制，治疗期间眼压保持稳定，病理及组织学分析发现治疗后真菌被有效杀灭，菌丝显著减少，组织炎症反应减轻。不仅治疗效果优异，AgCuE还表现出较好的生物相容性，并未产生明显的全身以及眼局部的毒性，也未影响眼表及视网膜的结构功能，具有可观的转化前景来治疗目前临床上难治性的真菌性角膜炎问题。
图3：铜源异质结纳米眼用凝胶影像监控和真菌性角膜炎治疗
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07444
近年来，浙江大学周民研究员团队联合浙江大学眼科医院、浙大二院眼科中心姚克教授团队，以临床难治性感染性疾病问题为导向，深入开展生物材料的抗感染基础与转化研究。尤其是针对感染性疾病，发表了一系列相关研究论文【Advanced Materials 2022 (IF:32.086); ACS Nano 2022 (IF:18.027); Nano Today 2021 (IF:18.962); ACS Nano 2021 (IF:18.027); Bioactive Materials 2021 (IF:16.874); ACS Nano 2020 (IF:18.962); Biomaterials 2020 (IF:15.304); Theranostics 2020 (IF:11.60); ACS Applied Materials & Interfaces 2019 (IF:10.383); ACS Applied Materials & Interfaces 2018 (IF:10.383)】。重要的是，经过长期临床与基础医工交叉合作，共同研发的铜源纳米眼用凝胶项目，已经顺利开展临床试验，对感染性角膜炎提供了一种新型临床治疗技术，为患者带来新的希望。