低强度超声介导载药纳米颗粒促进结核病治疗协同增效:三维结核球体实验研究

【作者】 郭佳俊； 杜永洪；

【机构】 超声医学工程国家重点实验室,重庆医科大学生物医学工程学院；

【摘要】 目的:结核病(TB)是一种由结核分枝杆菌感染引起的慢性传染性疾病,其发病过程中形成的结核性肉芽肿是导致结核病治疗时间长、效果差的关键因素。结核性肉芽肿中心以组织缺氧和药物渗透性差为特征,传统的抗菌药物治疗效果有限。本研究利用MTB的模式菌株——卡介苗(Bacillus Calmette-Guérin,BCG,与MTB有高度相似的基因组)和人髓系白血病单核细胞(Human myeloid leukemiamononuclear cells,THP-1)建立了与结核性肉芽肿有相似特性的3D结核球模型,并制备了负载过氧化氢酶(CAT)和左氧氟沙星(LEV)复合纳米粒,通过与超声(Ultrasound,US)辐照相结合,探究这种联合治疗方式对3D结核球内BCG抑菌效果和作用机制,有望为解决MTB引起相关感染提供新策略。方法:采用双乳法制备了包载CAT和LEV的PLGA纳米粒,并检测其物理特性和产氧能力。建立体外3D结核球模型,评价超声介导的纳米颗粒在结核球内的渗透性。利用共聚焦显微镜观察结核球经治疗后ROS产生情况,细胞凋亡情况,巨噬细胞极化情况,和缺氧改善情况。通过透射电子显微镜观察结核球内BCG微观结构变化和使用平板菌落计数法评估治疗后杀菌效果。结果:本研究制备的纳米颗粒的粒径均匀,约为327.5±17.54nm,Zeta电位为(-11.4±0.37)mV。LEV的包封率为74.54±0.84%,载药量为3.58±0.04%;CAT的包封率为71.99±4.34%,载药量为3.6±0.22%,能与H2O2反应产生大量的O2。激光共聚焦显微镜观察结果显示:超声辐照后,结核球不同层面中DiI-NPs的聚集显著增加,说明超声有效促进了纳米颗粒在结核球内的渗透。通过激光共聚焦显微镜观察显示:US联合CAT@LEV-NPs处理组的ROS水平显著增加,细胞凋亡水平明显增高,M1巨噬细胞标志物CD86抗体染色明显更强,结核球内HIF-1α表达降低。透射电镜显示了:在US联合CAT@LEV-NPs组中,细菌细胞壁破裂,细胞结构不完整,出现明显的水肿和质壁分离。平板结果显示对比选用传统药物治疗,联合治疗使细胞内细菌负荷减少了大约两倍。结论:低强度超声介导载药纳米颗粒治疗结核病,可提高结核肉芽肿内药物利用度,高效杀灭结核性肉芽肿内的MTB,阻止耐药MTB形成,实现协同抗菌作用,有望为MTB相关感染提供新的治疗方法。更多还原