纳米机器人系统为靶向真菌感染提供了新的选择

宾夕法尼亚牙科和宾夕法尼亚工程学院的研究人员开发了一种新方法，通过使用磁铁引导的纳米机器人来快速准确地根除口腔中的真菌感染。

由真菌引起的感染，如白色念珠菌，由于其对现有治疗的抗药性，构成了重大的全球健康风险，以至于世界卫生组织已将其列为优先问题。

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，在对全球健康具有深远影响的突破性发展中，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Edward Stageg共同领导的一组研究人员创建了一个微型机器人/纳米机器人系统，能够快速，有针对性地消除真菌病原体。

“念珠菌形成顽强的生物膜感染，特别难以治疗，”Koo说。

“目前的抗真菌疗法缺乏快速有效地消除这些病原体所需的效力和特异性，因此这种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。

该研究团队是宾夕法尼亚牙科创新与精准牙科中心的一部分，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。

对于这篇发表在Advanced Materials上的论文，研究人员利用了催化纳米颗粒(称为纳米酶)的最新进展，他们构建了微型机器人和纳米机器人系统，可以准确靶向并快速破坏真菌细胞。他们通过使用电磁场来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点。

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

Steager的团队开发了纳米酶的运动，速度和形成，这导致了增强的催化活性，就像过氧化物酶一样，它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的活性氧(ROS)，这些化合物已被证明具有破坏生物膜的特性。

然而，这些纳米酶组件的真正开创性元素是一个意想不到的发现：它们与真菌细胞具有很强的结合亲和力。这一特征能够精确地在真菌所在的位置局部积累纳米酶，从而产生有针对性的ROS。

“我们的纳米酶组件对真菌细胞显示出令人难以置信的吸引力，特别是与人类细胞相比，”Steger说。“这种特定的结合相互作用为有效和集中的抗真菌作用铺平了道路，而不会影响其他未感染的区域。

再加上纳米酶固有的可操作性，这导致了强大的抗真菌作用，证明了在前所未有的10分钟内快速根除真菌细胞。

展望未来，该团队看到了这种独特的基于纳米酶的纳米机器人方法的潜力，因为它们结合了自动化纳米酶控制和交付的新方法。它对抗真菌治疗的承诺只是一个开始。

精确的纳米机器人靶向，快速行动表明有可能治疗其他类型的顽固感染。

“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次重大飞跃，但这也只是第一步。磁性和催化特性与对真菌的意外结合特异性相结合，为自动化的“靶点结合和杀死”抗真菌机制提供了令人兴奋的机会。我们渴望深入研究并释放其全部潜力。

这种机器人方法开辟了对抗真菌感染的新领域或纳米机器人，并标志着抗真菌治疗的关键点。有了他们的武器库中的新工具，医疗和牙科专业人员比以往任何时候都更接近有效对抗这些困难的病原体。