纳米机器人系统提供了针对真菌感染的新选择

由白色念珠菌等真菌引起的感染由于对现有治疗方法有耐药性，对全球健康构成重大威胁，以至于世界卫生组织已将此列为优先事项。

尽管纳米材料是有前途的抗真菌剂，但目前的迭代缺乏快速和靶向治疗所需的效力和特异性，导致治疗时间延长以及潜在的脱靶效应和耐药性。

现在，在一项对全球健康具有深远影响的突破性进展中，由宾夕法尼亚大学牙科医学院的Hyun(Michel)Koo和宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的EdwardSteager共同领导的研究团队创建了一个能够快速、有针对性地消除真菌病原体的微型机器人/纳米机器人系统。

“念珠菌科形成顽固的生物膜感染，特别难以治疗，”Koo说。

“目前的抗真菌疗法缺乏快速有效消除这些病原体所需的效力和特异性，因此这次合作借鉴了我们的临床知识，并结合了Ed的团队和他们的机器人专业知识，提供了一种新方法。”

电磁核心精确地引导纳米酶机器人或纳米机器人阵列，因为它们瞄准真菌感染部位。

电磁核心精确地引导纳米酶机器人或纳米机器人阵列，因为它们瞄准真菌感染部位。图片来源：MinJunOh和SeokyoungYoon)

研究人员团队是PennDental创新与精密牙科中心的一部分，该计划利用工程和计算方法来发现缓解疾病的新知识并推进口腔和颅面保健创新。

对于发表在AdvancedMaterials上的这篇论文，研究人员利用催化纳米粒子(称为纳米酶)的最新进展，构建了微型机器人和纳米机器人系统，可以准确定位并快速破坏真菌细胞。他们通过使用电磁场非常精确地控制这些纳米酶微型机器人/纳米机器人的形状和运动来实现这一目标。

“我们在这项研究中用来控制纳米粒子的方法是磁性的，这使我们能够将它们引导到确切的感染位置，”Steager说。“我们使用氧化铁纳米颗粒，它具有另一个重要特性，即它们具有催化性。”

Steager的团队开发了纳米酶的运动、速度和形成，从而增强了催化活性，就像过氧化物酶一样，有助于将过氧化氢分解成水和氧气。

这直接允许在感染部位产生大量活性氧(ROS)，这些化合物已被证明具有破坏生物膜的特性。

然而，这些纳米酶组装体的真正先驱元素是一个意想不到的发现：它们对真菌细胞具有很强的结合亲和力。此功能使纳米酶能够精确地在真菌所在的位置进行局部积累，从而有针对性地产生ROS。

“我们的纳米酶组装体对真菌细胞表现出难以置信的吸引力，尤其是与人类细胞相比时，”Steager说。“这种特定的结合相互作用为强大而集中的抗真菌作用铺平了道路，而不会影响其他未感染区域。”

再加上纳米酶固有的可操作性，这会产生强大的抗真菌作用，证明可以在前所未有的10分钟窗口内快速根除真菌细胞。

展望未来，该团队看到了这种基于纳米酶的独特纳米机器人方法的潜力，因为他们采用了新方法来自动控制和递送纳米酶。它对抗真菌治疗的承诺仅仅是个开始。

精确的纳米机器人定位、快速的行动表明治疗其他类型顽固感染的潜力。

“我们发现了一种对抗致病性真菌感染的强大工具，”Koo说。

“我们在这里取得的成就是一个重大飞跃，但这只是第一步。磁性和催化特性与对真菌的意想不到的结合特异性相结合，为自动化的“靶向结合和杀死”抗真菌机制开辟了令人兴奋的机会。我们渴望更深入地研究并释放其全部潜力。”

这种机器人方法开辟了抗击真菌感染的新领域或纳米机器人，标志着抗真菌治疗的关键点。有了新工具，医疗和牙科专业人士比以往任何时候都更能有效地对抗这些棘手的病原体。