​施剑林院士/林翰Nature子刊：二维材料催化抗感染免疫治疗

奇物论

2022-08-23

研究背景

临床医用的常用医疗植入物例如骨科植入物和导管，是受微生物膜感染风险最大、最常见的医疗器件。医用植入物表面形成的微生物膜使得入侵体内的病原体对灭菌制剂、抗生素和宿主免疫防御系统具有高度抗性，从而导致持续的微生物感染，这对个人术后恢复和公共卫生安全都产生了极大的挑战。感染微环境中生物膜所引起乏氧、营养供给不足和弱酸性微环境，使宿主免疫细胞向抗炎表型极化。近年来，基于无机生物材料的理化性能设计、针对宿主免疫防御的定向调节，正在成为后抗生素时代抗感染策略的前沿研究方向。

图1. 研究论文基本信息。

成果简介

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所和上海交通大学附属第六人民医院合作发现，PVP修饰的二维硒磷化锰MnPSe₃纳米片（MPS-PVP）可通过类芬顿催化过程提升生物膜中免疫原性细菌相关抗原（BAAs）的暴露，并抑制免疫抑制信号和激活共刺激信号，进而增强巨噬细胞等免疫细胞的抗感染免疫反应。这种干预提升了巨噬细胞呈递内源性细菌抗原的能力，并在小鼠植入物感染模型中激活后续抗菌抗生物膜的体液免疫（Humoral immunity）过程。同时，MPS-PVP会能促进细菌特异性的记忆B细胞和抗体靶向响应，从而防止术后感染复发的出现。相关研究成果以“Inorganic nanosheets facilitate humoral immunity against medical implant infections by modulating immune co-stimulatory pathways”为题发表在Nature Communications(Nat. Commun. 2022, 13, 4866. DOI: 10.1038/s41467-022-32405-x)（图1）。论文第一作者为杨闯，通讯作者为施剑林院士、林翰副研究员和张先龙教授。

本研究中，PVP修饰的二维硒磷化锰MnPSe₃纳米片（MPS-PVP）通过调节感染微环境（infectious microenvironment, IME）中的抗原呈递和共刺激分子表达，在小鼠手术植入物感染模型中触发抗生物膜体液免疫过程。机制上，PVP修饰的二维MPS-PVP破坏生物膜的结构完整性，纳米片降解释放出的Mn²⁺通过类芬顿催化反应生成活性氧（ROS），导致细菌抗原暴露，同时调控免疫抑制信号（IL4I1和CD206）和共激活信号（CD40、CD80和CD69）。这促使抗原呈递细胞（APC）活化、增强抗原呈递，引发生物膜特异性体液免疫响应和免疫记忆效应。在术前植入物免疫预激活等体内实验中，有效地减轻了手术移除受感染植入物后的微生物残留和术后复发性感染（图2）。因此，该研究提供了一种针对植入物感染的潜在非抗生素型替代治疗方案。

图2. 基于二维硒磷化锰MnPSe₃ (MPS) 纳米片的纳米催化抗感染免疫治疗示意图。

相关研究得到了国家自然科学基金项目、中国医学科学院医学与健康科技创新工程创新单元项目、上海市“科技创新行动计划”基础研究领域项目、上海市启明星等项目支持。

参考文献：

Yang, C., Luo, Y., Shen, H. et al. Inorganic nanosheets facilitate humoral immunity against medical implant infections by modulating immune co-stimulatory pathways. Nat Commun 13, 4866 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-32405-x

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32405-x