模擬肺部生物膜新平臺(tái):諾丁漢大學(xué)科學(xué)家突破囊性纖維化感染研究-肽度TIMEDOO

據(jù)悉,科學(xué)家在諾丁漢大學(xué)成功研發(fā)了一種自組裝的生物材料,其形態(tài)酷似人類(lèi)痰液,能夠支持微生物三維生物膜的生長(zhǎng)。這一新平臺(tái)將有助于研究人員更好地了解囊性纖維化患者肺部感染的發(fā)展以及抗生素的影響。

主要研究人員Yuanhao Wu博士表示:“在實(shí)驗(yàn)室中簡(jiǎn)單地創(chuàng)建復(fù)雜的三維生物膜將帶來(lái)實(shí)際工具,更好地理解這些生物結(jié)構(gòu)的形成方式以及如何更好地治療它們?!痹谥Z丁漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院國(guó)家生物膜創(chuàng)新中心的Miguel Cámara博士補(bǔ)充說(shuō):“本研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)將徹底改變我們研究生物膜介導(dǎo)感染以及評(píng)估不同體內(nèi)感染環(huán)境下新型抗微生物藥物的有效性的方式?!?/p>

這一生物材料平臺(tái)的研發(fā)過(guò)程被詳細(xì)描述在《Matter》雜志上的一篇名為《共同組裝生物材料作為體外肺上皮感染模型》的論文中。研究小組在報(bào)告中總結(jié)道:“我們的研究提供了一種能夠生長(zhǎng)具有功能性的三維生物膜的生物材料,模擬了這些體內(nèi)系統(tǒng)在體外的營(yíng)養(yǎng)和機(jī)械特性?!痹撗芯渴桥c藥學(xué)院和化學(xué)工程系的Alvaro Mata博士合作完成的。

生物膜是一種在自然界中起著關(guān)鍵作用的強(qiáng)有力的三維生物材料,但在實(shí)際世界中也會(huì)引起一些問(wèn)題,比如在醫(yī)院表面的污染或者我們對(duì)抗生素治療的容忍性。然而,抗微生物藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域最大的挑戰(zhàn)之一是缺乏反映天然環(huán)境復(fù)雜性的生物膜模型,比如囊性纖維化(CF)患者肺部遇到的模型。研究小組進(jìn)一步指出:“在體外生長(zhǎng)三維生物膜是困難的,主要是因?yàn)樵陂_(kāi)發(fā)模擬它們細(xì)胞外環(huán)境固有結(jié)構(gòu)和組成復(fù)雜性的基質(zhì)時(shí)存在限制?!?/p>

囊性纖維化患者無(wú)法清除肺部感染,疾病引起的痰液中會(huì)積聚病原微生物并形成三維生物膜。這些天然的生物膜對(duì)抗生素非常有抵抗力,迫切需要開(kāi)發(fā)能夠可靠地在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制它們的體外模型,以便專(zhuān)家更好地了解其生物學(xué),發(fā)現(xiàn)解決相關(guān)問(wèn)題的新方法。研究小組強(qiáng)調(diào):“在體外重新創(chuàng)造這些生物結(jié)構(gòu)對(duì)于理解它們的生物學(xué)并制定解決方案至關(guān)重要?!?/p>

體外模型的可用性將使新的治療干預(yù)方法在進(jìn)入臨床前能夠更加一致地進(jìn)行評(píng)估。這些模型還將對(duì)于回答關(guān)于多微生物生物膜與宿主之間相互作用導(dǎo)致慢性感染的基礎(chǔ)研究問(wèn)題至關(guān)重要。

生物材料由嵌入生物組分的細(xì)胞外基質(zhì)材料(ECMMs)組成,如工程細(xì)胞和細(xì)菌,這些細(xì)菌能夠修改ECMMs的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。在報(bào)道的研究中,研究人員設(shè)計(jì)了一種生物材料,類(lèi)似于囊性纖維化患者的天然痰液,可以在受控的環(huán)境中支持和生長(zhǎng)三維多微生物生物膜,類(lèi)似于CF肺中發(fā)現(xiàn)的生物膜。

研究小組通過(guò)將肽合成與已知能夠再現(xiàn)天然痰液的人工培養(yǎng)基相結(jié)合,該培養(yǎng)基易受感染。這種生物材料包含多種微生物社群以及促進(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)并展現(xiàn)與CF痰液生物膜相似的物理特性的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)和化學(xué)因子。

參考文獻(xiàn):?“Co-assembling living material as an in vitro lung epithelial infection model.”

編輯:王洪

排版:李麗