抗生素接班人「奈米粒子」助攻 超級金黃色葡萄球菌完敗

作者 | 發布日期 2014 年 02 月 03 日 18:11 | 分類 奈米 , 生物科技 , 醫療科技
MRSA (Photo Credit:National Institutes of Health/Department of Health and Human Services)

一種取自紅血球膜中的奈米粒子,可以有效抓住細菌毒素,並讓身體的免疫系統有時間認識並殺死他們,包括對許多抗生素都免疫的「超級金黃色葡萄球菌」(上圖黃色)。這種奈米粒子有機會成為一種「類毒素疫苗」,讓全球抗生素濫用帶來的禍害,有挽救的機會。這項研究刊登在「自然奈米科技」(Nature Nanotechnology)雜誌。



可完全擊敗超級金黃色葡萄球菌

加州大學聖地牙哥分校的研究者,將超級金黃色葡萄球菌(MRSA,註1)毒素與奈米粒子注射到小鼠體內,接著發現奈米粒子能夠激發小鼠的免疫系統對抗毒素,進而防止身體受到傷害。這些毒素是由細菌分泌出來,用來破壞身體細胞,給它「打洞」讓細胞漸漸虛弱死亡。奈米粒子可以緊抓住這些毒素,讓它們不能作用,然後讓免疫系統出手把它們殺死。

與傳統的類毒素疫苗只能讓10%小鼠存活相較,奈米粒子的效果提高到50%,如果再多注射幾次,奈米粒子的效果可到100%,傳統類毒素疫苗則到90%,也就是說,MRSA 遇到奈米粒子完敗。

奈米粒子 nanoparticle(圖片來源:University of California, San Diego)
▲在小鼠的免疫細胞上,奈米粒子緊抓住細菌毒素,透過螢光染色,呈現出黃色的亮點。藍色區域是免疫細胞的細胞核(Photo Credit:University of California, San Diego)

這項技術的意義在於,許多細菌都會分泌這種毒素,包括大腸趕菌、李斯特菌、梭菌、金黃色葡萄球菌與 MRSA,在抗生素濫用到非常嚴重的今天,此類奈米粒子差不多就是抗生素的接班人了。

可讓免疫系統有效認識並殺死細菌

但這樣說也不完全正確,因為抗生素會自己對付細菌,不論是直接攻擊細菌讓它們同樣漏湯至死,或是阻礙細菌生成過程(註2),但奈米粒子不會攻擊細菌,只是讓細菌毒素對它的攻擊無效,還能同時抓住毒素讓它們不能傷害其它細胞,它就像是一個手銬,把歹徒抓起來,並把歹徒五花大綁,動彈不得。

金黃色葡萄球菌類的毒素殺傷力很大,一般免疫系統對付不了,因此許多疫苗是透過加熱或化學方法減弱毒素的強度,讓免疫系統有較佳的優勢,不過研究團隊領導人、畢業於北京清華大學的聖地牙哥分校奈米工程教授張良方表示,愈是加熱這些毒素,它就愈安全,但相對地,對結構的破壞就愈大,對於免疫系統來說,它認識的敵人就愈不像是原來的樣子,這樣子生產出來的抗體,效果就不夠好。

奈米粒子 nanoparticle
▲較明亮的奈米粒子被紅血球膜產生的物質包裹著。(Photo Credit:University of California, San Diego)

容易生產,容易排出體外

奈米粒子的好處是它抓住毒素,卻不會改變它的結構,如此一來,免疫系統便能徹底認識毒素的原始長相,這是過往的技術辦不到的事。如果接續前面的比喻,奈米粒子把歹徒五花大綁推倒在地上,像小孩子的一群免疫細胞衝出來,每個人拚命對歹徒丟石頭,最後歹徒給丟到死,又因為奈米粒子並沒有把歹徒打得鼻青臉腫、完全不成人形,因此小朋友們還會認得歹徒的長相,下次再碰到也不會認不出來。

張良方說,單一個紅血球就可以支援3000個奈米粒子生成,數量相當足夠,每一個奈米粒子直徑85奈米,大約一千個才跟人類頭髮直徑一樣長。他們並不會滯留在人體太久,兩星期後,奈米粒子就會排出體外。

(Cover Photo Credit:National Institutes of Health/Department of Health and Human Services)

註釋

  1. 超級金黃色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus , MRSA),是金黃色葡萄球菌的一種。金黃色葡萄球菌是環境中普遍存在的細菌,但一般情況下並不會讓人體生病,只有在免疫系統衰弱時才會伺機而動,其中超級金黃色葡萄球菌對許多青黴素類的抗生素產生抗藥性,目前只能使用萬古黴素及其他新發展的藥物來治療。MRSA 在醫院、監獄等人群聚集的地方容易感染,美國曾出現體育館更衣室感染的案例,手術時透過傷口感染也有可能。(回到本文
  2. 抗生素一般分兩種,一種是直接攻擊細菌,阻止細胞璧形成,細菌便會因為低滲透壓而破裂死亡;或是打開細胞膜上的通道,讓細胞內物質流出而死,這些通稱殺菌劑。另外一種是阻止細菌需要的蛋白質合成,或是阻止細菌的 DNA 轉錄過程,讓細菌無法繁殖,這種通稱為抑菌劑。(回到本文

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本文授權自健康世界

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