賓夕法尼亞牙科和賓夕法尼亞工程學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種新方法，通過使用磁鐵引導(dǎo)的納米機(jī)器人來快速準(zhǔn)確地根除口腔中的真菌感染。

由真菌引起的感染，如白色念珠菌，由于其對現(xiàn)有治療的抗藥性，構(gòu)成了重大的全球健康風(fēng)險，以至于世界衛(wèi)生組織已將其列為優(yōu)先問題。

盡管納米材料是有前途的抗真菌劑，但目前的迭代缺乏快速和靶向治療所需的效力和特異性，導(dǎo)致治療時間延長以及潛在的脫靶效應(yīng)和耐藥性。

現(xiàn)在，在對全球健康具有深遠(yuǎn)影響的突破性發(fā)展中，由賓夕法尼亞大學(xué)牙科醫(yī)學(xué)院的Hyun(Michel)Koo和賓夕法尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的Edward Stageg共同領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員創(chuàng)建了一個微型機(jī)器人/納米機(jī)器人系統(tǒng)，能夠快速，有針對性地消除真菌病原體。

“念珠菌形成頑強的生物膜感染，特別難以治療，”Koo說。

“目前的抗真菌療法缺乏快速有效地消除這些病原體所需的效力和特異性，因此這種合作借鑒了我們的臨床知識，并結(jié)合了Ed的團(tuán)隊和他們的機(jī)器人專業(yè)知識，提供了一種新方法。

該研究團(tuán)隊是賓夕法尼亞牙科創(chuàng)新與精準(zhǔn)牙科中心的一部分，該計劃利用工程和計算方法來發(fā)現(xiàn)緩解疾病的新知識，并推進(jìn)口腔和顱面保健創(chuàng)新。

對于這篇發(fā)表在Advanced Materials上的論文，研究人員利用了催化納米顆粒(稱為納米酶)的最新進(jìn)展，他們構(gòu)建了微型機(jī)器人和納米機(jī)器人系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確靶向并快速破壞真菌細(xì)胞。他們通過使用電磁場來精確地控制這些納米酶微型機(jī)器人/納米機(jī)器人的形狀和運動來實現(xiàn)這一點。

“我們在這項研究中用來控制納米顆粒的方法是磁性的，這使我們能夠?qū)⑺鼈円龑?dǎo)到確切的感染位置，”Steger說。“我們使用氧化鐵納米顆粒，它具有另一個重要特性，即它們是催化性的。

Steager的團(tuán)隊開發(fā)了納米酶的運動，速度和形成，這導(dǎo)致了增強的催化活性，就像過氧化物酶一樣，它有助于將過氧化氫分解成水和氧氣。

這直接允許在感染部位產(chǎn)生大量的活性氧(ROS)，這些化合物已被證明具有破壞生物膜的特性。

然而，這些納米酶組件的真正開創(chuàng)性元素是一個意想不到的發(fā)現(xiàn)：它們與真菌細(xì)胞具有很強的結(jié)合親和力。這一特征能夠精確地在真菌所在的位置局部積累納米酶，從而產(chǎn)生有針對性的ROS。

“我們的納米酶組件對真菌細(xì)胞顯示出令人難以置信的吸引力，特別是與人類細(xì)胞相比，”Steger說。“這種特定的結(jié)合相互作用為有效和集中的抗真菌作用鋪平了道路，而不會影響其他未感染的區(qū)域。

再加上納米酶固有的可操作性，這導(dǎo)致了強大的抗真菌作用，證明了在前所未有的10分鐘內(nèi)快速根除真菌細(xì)胞。

展望未來，該團(tuán)隊看到了這種獨特的基于納米酶的納米機(jī)器人方法的潛力，因為它們結(jié)合了自動化納米酶控制和交付的新方法。它對抗真菌治療的承諾只是一個開始。

精確的納米機(jī)器人靶向，快速行動表明有可能治療其他類型的頑固感染。

“我們發(fā)現(xiàn)了一種對抗致病性真菌感染的強大工具，”Koo說。

“我們在這里取得的成就是一次重大飛躍，但這也只是第一步。磁性和催化特性與對真菌的意外結(jié)合特異性相結(jié)合，為自動化的“靶點結(jié)合和殺死”抗真菌機(jī)制提供了令人興奮的機(jī)會。我們渴望深入研究并釋放其全部潛力。

這種機(jī)器人方法開辟了對抗真菌感染的新領(lǐng)域或納米機(jī)器人，并標(biāo)志著抗真菌治療的關(guān)鍵點。有了他們的武器庫中的新工具，醫(yī)療和牙科專業(yè)人員比以往任何時候都更接近有效對抗這些困難的病原體。