一、引言
生物膜形成细菌对传统抗生素疗法具有高度抗性，这一问题引发了全球范围内的健康担忧。生物膜是微生物细胞被自身产生的胞外聚合物基质包裹的结构化群落，它能够附着在各种表面，并有效躲避宿主免疫系统的攻击。据统计，这些微生物结构与高达 80% 的慢性感染相关，涉及多种医疗状况，像呼吸道感染、心内膜炎以及器械相关感染等。其中，诸如铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）等生物膜形成病原体，因其能够承受高剂量抗生素，使得许多标准治疗方案难以奏效。
纳米技术作为现代医学领域的有力工具，为解决上述难题带来了新的希望。它借助纳米级材料独特的物理化学性质，开发出能够更有效地靶向细菌细胞、提高药物生物利用度并改善治疗效果的系统。在制药领域，纳米技术促使药物递送系统得以创新，这些系统不仅能够穿透生物膜，还能以可控的方式释放抗菌药物，同时降低传统抗生素带来的毒性。
抗菌肽（AMPs）是一类极具前景的生物活性分子，其长度通常在 2 至 100 个氨基酸残基之间，带电情况各异，既可以是合成的，也能够由细胞机制自然产生。它们对多种病原体，包括细菌、真菌和病毒，都展现出广谱的活性。AMPs 的作用机制多样，包括破坏微生物膜、抑制群体感应、干扰生物膜形成（如诱导细胞聚集体分散、减少粘附、减弱胞外聚合物产生以及负调控转运蛋白表达等）。与传统抗生素通常仅针对一个特定靶点不同，AMPs 能够作用于多个细菌途径，这显著降低了细菌对其产生抗性的可能性。此外，AMPs 对革兰氏阴性菌具有强大的活性，在宿主的先天免疫防御系统中发挥着重要作用，能够迅速杀灭细菌，并且还能使细菌对传统抗生素重新敏感。当 AMPs 与基于纳米技术的递送系统相结合时，有望克服其稳定性差、快速降解以及生物利用度低等问题，这些问题常常阻碍了 AMPs 在临床上的广泛应用。
本文将重点聚焦于制药纳米技术与 AMPs 在靶向生物膜形成细菌方面的交叉研究，深入探讨各种纳米颗粒平台（如金属、聚合物、脂质基和树枝状聚合物纳米载体）如何增强 AMPs 的稳定性、促进生物膜穿透并提高抗菌效果。同时，还将讨论治疗生物膜相关感染所面临的挑战、细菌耐药性的机制以及纳米技术在革新当前治疗策略方面的潜力，旨在为开发更有效的生物膜相关感染治疗方法提供深入见解。
二、纳米技术在制药领域的应用
纳米技术是指在纳米尺度上设计、创造和应用能够发挥功能的设备、系统和材料，它在众多领域都提供了切实可行的解决方案。该技术使得生物、物理和化学系统能够在亚微米级别运行，促进了与生物分子的相互作用，加深了人们对生物过程的理解。在医学领域，纳米技术的发展为创新应用开辟了道路，基于纳米技术的设备不仅用于制造医疗机器人，还可用于检测和诊断人体潜在疾病，实现早期诊断。此外，纳米材料在再生疗法（如细胞治疗、组织再生和基因测序）中的应用，显著改善了细胞、组织和器官的治疗与修复效果。
制药科学是从纳米技术中受益颇丰的领域之一，尤其体现在先进药物递送系统的设计上。这些系统通过靶向特定的药理位点，实现了更高的精度和安全性，降低了药物毒性，提高了治疗的经济效益。纳米结构已在多种治疗应用中进行了测试，例如用于治疗结核病的吸入疗法、用于持续药物释放的疫苗植入物开发，以及能够跨越血脑屏障治疗阿尔茨海默病等疾病的材料研究。
基于纳米颗粒的药物载体通常尺寸在 1 至 1000nm 之间，其制备方式主要有两种：一种是在配方过程中将药物掺入纳米颗粒中，另一种是在配方完成后通过与浓缩药物溶液孵育，将药物吸附在纳米颗粒表面。药物递送纳米颗粒种类繁多，包括碳纳米管（CNTs）、纳米线、纳米壳、树枝状聚合物、脂质体、类脂质体和纳米机器人等。通过选择合适的基质材料，可以调节药物释放、增强药物稳定性并实现靶向递送，使得纳米技术成为新型治疗方法的有前景选择。
然而，由生物膜形成细菌引起的感染给全球健康带来了巨大挑战，传统抗生素疗法往往难以有效治疗。例如，高（Gao）等人的研究表明，对于囊性纤维化患者中由铜绿假单胞菌引起的慢性肺部感染，常规抗生素治疗常常效果不佳，因为这些细菌能够形成生物膜。许多临床上重要的细菌都是生物膜形成菌，它们与多种感染性疾病相关，如阴道炎、牙周炎、结肠炎、尿道炎、结膜炎、中耳炎以及植入物相关感染等，这些感染性疾病约占所有感染性疾病的 80%。生物膜作为细菌强大的耐药机制，通过形成致密的保护层，能够阻止抗生素渗透、调节酶的产生并激活外排泵，使得嵌入生物膜中的细菌对抗生素的抗性比浮游细菌高出 10 至 1000 倍。纳米技术则为解决生物膜相关感染问题提供了新途径，它能够使纳米颗粒更有效地穿透生物膜并靶向感染部位，提高抗生素的生物利用度，同时减少副作用。本文将进一步探讨制药纳米技术与一种新型治疗方法 ——AMPs 相结合，在对抗生物膜形成细菌方面的最新进展。
三、生物膜形成的机制
3.1 细菌生物膜的特征与性质
细菌生物膜是附着在表面的细胞形成的复杂多层群落，被胞外聚合物（EPS）基质包裹，EPS 基质为细菌的生存提供了保护环境。EPS 基质在维持生物膜完整性方面起着关键作用，使细菌能够抵御恶劣环境、抗生素和物理压力。生物膜可以在多种表面形成，包括有机物质和活组织（如组织和细胞）。环境因素，如 pH 值、温度和营养物质的可用性，也对生物膜的形成产生显著影响。
生物膜形成细菌具有一些独特的特征。首先是群体感应，细菌通过信号分子来调节生物膜的发育以及细胞间的通信。其次，环核苷酸第二信使能够通过调节细菌的运动性、粘附性和 EPS 产生，来调控生物膜的形成和分散。此外，基质相关蛋白则增强了生物膜的稳定性和结构完整性。尽管生物膜的组成各不相同，但它们都具有一个共同特点，即高度水化，大约 97% 的成分是水。生物膜结构中的水通道在营养物质运输和废物排出过程中发挥着至关重要的作用。
生物膜的形成过程可以分为 5 个阶段：粘附、不可逆粘附、微菌落形成、生物膜成熟和分散。最初，细菌在流体环境中松散地附着在表面。随着生物膜的成熟，它对环境压力的抵抗力逐渐增强。当资源匮乏时，细菌会分散并迁移到新的位点进行定植。
3.2 生物膜中抗生素抗性的机制及经济影响
细菌生物膜对抗菌剂表现出独特的抗性，这是由环境、结构和生理等多种因素共同作用导致的。在生物膜内，细菌能够在高剂量抗生素的环境下存活，但一旦脱离生物膜结构，它们通常会重新恢复对抗生素的敏感性，这充分说明了生物膜抗性的特异性。生物膜中抗生素抗性的关键机制包括以下几个方面：
- 抗生素渗透减少：EPS 基质作为物理屏障，阻碍或减缓抗生素（如氨基糖苷类）的扩散，为其他抗性机制的激活争取时间。
- 抗生素的酶促修饰：生物膜基质中的酶能够降解或使抗菌剂失活。
- 胞外 DNA（eDNA）的存在：EPS 中的 eDNA 有助于维持生物膜的结构稳定性，并为抗菌剂提供结合位点，从而降低其有效性。
- 缺氧：生物膜核心区域的氧气耗尽会降低依赖氧气的抗生素（如 β - 内酰胺类）的疗效。
- 细菌生长缓慢和代谢休眠：这些状态会降低针对活跃分裂细胞的抗生素的活性。
- 外排泵的激活：生物膜中的细菌会上调外排泵的表达，在抗生素发挥作用之前将其排出。
- 群体感应：这种细胞间的通信系统调节基因表达，包括与抗生素抗性和生物膜维持相关的基因。
生物膜相关感染的持续存在凸显了开发新的抗菌策略以克服这些障碍的迫切需求。生物膜不仅对公共卫生构成重大挑战，还带来了严重的经济后果。据估计，60% 至 80% 的细菌感染与生物膜有关，这些感染发生在医疗设备（如导管、起搏器和隐形眼镜）以及人体组织（如皮肤、眼睛和胃肠道）中。生物膜相关感染与慢性疾病（如囊性纤维化、慢性伤口和骨髓炎）、设备故障以及因治疗时间延长和并发症导致的医疗成本增加密切相关。此外，生物膜在水分配系统等行业中也会造成管道堵塞和污染，进一步加剧了经济负担。因此，解决生物膜相关的抗性问题对于保障公共卫生和减少各行业的经济损失至关重要。目前已经提出了多种策略来抑制或破坏生物膜的形成并提高治疗效果，包括抑制细菌附着、抑制粘附、干扰细胞信号传导和基因表达以及干扰细胞膜和破坏生物膜等。
四、抗菌肽的研究进展
4.1 抗菌肽的本质与作用机制
AMPs 是主要由 α - 氨基酸组成的化合物，具有抗菌活性，或者在与其他抗菌剂联合使用时能够增强其抗菌效果。AMPs 的长度范围在 2 至 100 个氨基酸残基之间，带电情况多样，既可以是合成的，也可以由细胞机制自然产生。它们广泛存在于各种生物体内，包括细菌、真菌、植物、昆虫、两栖动物、鱼类、鸟类、哺乳动物以及人体。AMPs 对细菌感染具有广谱的活性，其作用机制多种多样，包括破坏细胞壁完整性、损害细胞膜结构、调节免疫反应、靶向细胞内成分以及抑制生物膜形成等。
细菌的细胞壁是其第一道防线，AMPs 可以通过多种机制对其进行破坏。例如，AMPs 能够与脂质 II 结合，而脂质 II 是细胞壁合成所必需的物质，这会抑制细胞壁磷壁酸（WTAs）的生物合成，并促进自溶素的释放，从而削弱细菌的防御能力。膜破坏是 AMPs 的另一个关键抗菌机制，主要通过两种途径实现。许多 AMPs 具有两亲性，能够插入细菌膜中形成孔道或通道，破坏膜的完整性，导致细胞内容物泄漏，最终致使细胞死亡。另一种途径是 “地毯模型”，即 AMPs 像地毯一样在膜上形成一层，破坏脂质双层，使膜失去稳定性，进而导致微生物死亡。AMPs 还可以通过抑制群体感应、诱导细胞聚集体分散、减少粘附、减弱胞外聚合物产生以及下调转运蛋白表达等策略，有效地靶向生物膜，减少生物膜的形成。这些机制共同彰显了 AMPs 在克服抗菌抗性以及治疗对传统疗法不再有效的感染方面的巨大潜力。
4.2 抗菌肽相较于传统抗生素的优势
在抗菌抗性日益严重的背景下，AMPs 作为传统抗生素的有价值替代品脱颖而出。与传统抗生素通常仅针对一个特定靶点不同，AMPs 能够作用于多个细菌途径，这显著降低了细菌对其产生抗性的可能性。细菌的抗性机制通常涉及获得抗性基因、激活防御策略（如产生使抗生素失活的酶）或使用外排泵等，但 AMPs 常常通过靶向细菌膜来绕过这些机制。此外，AMPs 对革兰氏阴性菌具有强大的活性，在宿主的先天免疫防御系统中发挥着重要作用，并且能够迅速杀灭细菌。
AMPs 还具有使细菌对传统抗生素重新敏感的能力。例如，马丁内斯（Martinez）等人的研究表明，在由金黄色葡萄球菌引起的感染中使用 AMPs，能够通过增强抗生素的渗透性来降低细菌对万古霉素的抗性，从而提高抗生素到达靶点的概率，促进治疗的成功。对于由对粘菌素和碳青霉烯耐药的微生物引起的感染，一种具有独特作用机制且不依赖于表面电荷修饰的 AMPs—— 染色质免疫沉淀（ChIP），能够有效地绕过这些抗生素的主要抗性原因，成为一种有效的治疗选择。
目前，临床上使用的一种较为成功的 AMPs 是万古霉素，它是一种从东方拟无枝酸菌中分离出来的合成三环糖肽。万古霉素已经使用了 60 多年，通过抑制细菌细胞壁的合成，对革兰氏阳性菌具有高度的有效性。它仍然是治疗由多重耐药菌引起的感染的一线药物。AMPs 在联合治疗中也具有巨大的潜力，能够与抗生素协同作用，提高治疗效果。不同抗菌剂的联合使用可以降低药物剂量、减少副作用、提高治疗的选择性，并同时靶向多个途径。研究表明，当药物与体内的 AMPs 协同作用时，单一药物治疗的疗效能够显著提高。
4.3 抗菌肽在临床应用中的挑战
尽管 AMPs 作为新型治疗剂具有广阔的前景，但在临床应用中仍面临诸多挑战。其中一个主要障碍是其稳定性问题，许多 AMPs 的半衰期相对较短。美国食品药品监督管理局（FDA）批准的大、小分子药物平均半衰期分别要求达到 50 小时和 37 小时，而半衰期较短的 AMPs 并不适合临床使用。此外，AMPs 对环境因素（如水解和光解）较为敏感，并且容易被蛋白酶快速降解。这不仅限制了它们通过静脉注射等方式给药，还增加了肝脏和肾脏清除的风险。AMPs 在黏膜穿透方面也存在困难，使得口服给药难以实现。
在某些情况下，一些 AMPs 并非直接杀死目标细菌，而是调节免疫系统，这种抑菌作用可能导致 AMPs 在体内积累到较高浓度，从而引发慢性炎症疾病等副作用。此外，AMPs 还可能通过破坏红细胞的质膜导致溶血。经济因素也是需要考虑的重要方面，与任何新药开发一样，AMPs 的实验试验和临床测试成本高昂，且通常需要大量的研究时间，这使得从商业角度来看，对其投资的吸引力较低。
4.4 具有抗生物膜活性和体内疗效的抗菌肽
多重耐药菌的出现促使人们对 AMPs 作为开发天然抗生素的有潜力候选物产生了浓厚兴趣。然而，AMPs 的治疗应用面临着诸多重大挑战。在临床环境中，难以模拟生物体的复杂环境，细菌生物膜在实际环境中表现出比在受控实验条件下更强的抗性和更高的异质性。此外，AMPs 的代谢稳定性和有效递送也是主要障碍，体内的蛋白酶和肽酶会迅速降解 AMPs，降低其治疗效果。
肽酶在不同组织中具有特定的表达和活性模式，这使得肽的降解速率因组织部位而异，严重影响了肽类药物的有效性和生物利用度。此外，还需要对 AMPs 的潜在毒性和免疫原性进行全面评估，以确保患者的安全。在水溶液中，肽还容易通过氧化、脱酰胺和水解等方式降解，从而损害其生物活性和有效性。为了提高 AMPs 的稳定性和递送效果，人们探索了多种策略，包括设计具有修饰氨基酸序列的肽类似物以抵抗酶促降解，以及采用掺入 D - 氨基酸、肽环化和开发肽模拟物等方法，这些化合物能够模仿肽的结构，同时提供更好的稳定性。
在这方面，丛（Cong）等人研究了肽模拟聚合物 Gly - POX20 作为抗多重耐药革兰氏阳性菌的抗菌和抗生物膜剂的有效性。该化合物展现出强大的抗生物膜活性和抗菌特性。体外研究表明，Gly - POX20 在两倍最小抑菌浓度（MIC）时能够抑制生物膜的形成，而消除成熟生物膜则需要 16 倍 MIC 的浓度。相比之下，传统抗生素如万古霉素即使在超过 1000 倍 MIC 的浓度下也无法消除成熟生物膜。在体内测试中，Gly - POX20 在与 MRSA 生物膜相关的小鼠角膜炎模型中进行了评估。结果显示，接受 Gly - POX20 治疗的小鼠眼部细菌载量显著降低，每只眼睛的菌落形成单位（CFU）最多可减少 4.2 log，而万古霉素治疗组仅减少 6.3 log。此外，Gly - POX20 治疗组的角膜炎临床评分（5.1）明显低于万古霉素治疗组（8.9），表明其具有更高的治疗效果和更低的眼部炎症。然而，Gly - POX20 的长期毒性、潜在的耐药性发展以及对混合生物膜或其他眼部组织的疗效仍有待进一步研究。
韩（Han）等人研究了 AMPs PAM - 1 对耐头孢他啶 - 阿维巴坦（CZA）的大肠杆菌菌株的作用。体外实验表明，PAM - 1 对不同菌株的 MIC 在 2 至 8μg/ml 之间，并且即使在 1/2 MIC 的浓度下，对 DC 11308 菌株也具有长达 12 小时的抗菌效果。此外，PAM - 1 从 1/2 MIC 开始就能抑制多种菌株的生物膜形成。扫描电子显微镜（SEM）分析显示，PAM - 1 能够破坏生物膜的结构，证明其具有破坏细菌基质的能力。在大蜡螟感染模型中，PAM - 1 使感染 CZA 耐药大肠杆菌的幼虫存活率在治疗 7 天后提高了 50% 以上，超过了单独使用 CZA 的治疗效果。此外，PAM - 1 还能够降低炎症细胞因子（如白细胞介素 - 1β（IL - 1β）和肿瘤坏死因子 - α（TNF - α））的表达，显示出抗炎特性，有助于减轻感染过程中的不良反应。虽然 PAM - 1 在无脊椎动物模型中显示出了有效性，但由于昆虫和脊椎动物的生理反应存在差异，将其外推到哺乳动物时，需要更详细地研究其药代动力学、毒性和与免疫系统的相互作用。
周（Zhou）等人研究了 AMPs A20L 对耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌（<（CRKP）在体外和体内模型中的作用。A20L 的 MIC 为 4 至 8μg/ml，最低杀菌浓度范围为 4 至＞16μg/ml。在生物膜研究中，A20L 在 1/2 MIC 时能抑制超过一半菌株的生物膜形成，并能部分消除 8 个测试菌株中 2 个的成熟生物膜。在大蜡螟感染模型中，A20L 提高了感染 CRKP 菌株幼虫的存活率，表明其在体内具有疗效。此外，A20L 在不同温度和低血清浓度下具有稳定性，但在 Ca2?、Mg2?和高血清浓度存在时活性会降低。研究还发现，A20L 能够增加细菌膜的通透性，这表明该肽通过损伤细菌细胞膜发挥作用。虽然 A20L 在耐药感染的临床应用中显示出潜力，但为了未来的发展，仍需要改善其在血清中的稳定性等因素。
张（Zhang）等人评估了 AMPs NZ2114 对中间葡萄球菌（Staphylococcus pseudintermedius）的疗效，中间葡萄球菌是犬类常见的机会性病原体，也可能感染人类。体外分析显示，NZ2114 的 MIC 为 0.23μM，优于莫匹罗星（MIC = 0.25 至 0.5μM）和林可霉素（MIC = 4.34 至 69.41μM）。荧光显微镜观察显示，NZ2114 处理导致中间葡萄球菌细胞膜明显破坏，允许碘化丙啶染料进入，表明细胞膜受损。电子显微镜分析也证实了 NZ2114 对细菌细胞膜的损伤，导致细胞内容物泄漏和细胞死亡。在生物膜实验中，NZ2114 在 16×MIC 的浓度下能够抑制 79.7% 至 90.9% 的初始生物膜形成。在体内研究中，使用小鼠脓皮病模型，NZ2114 显著降低了皮肤上的细菌载量，减小了脓肿面积，加速了组织恢复。到第 14 天，接受 NZ2114 治疗的小鼠皮肤感染减少了 100%，而未治疗的小鼠仍存在严重炎症和脓肿。然而，要将其应用扩展到全身感染，还需要在更复杂的生理环境中研究其稳定性、生物分布和可能的免疫调节作用。
尽管在 AMPs 的研究方面取得了这些进展，但由于其口服生物利用度低，AMPs 的给药通常需要采用静脉注射等侵入性方法。为了克服这些障碍，需要创新的配方策略和递送系统，以维持抗生物膜肽在人体内的活性，同时尽量减少不良反应。最近开发的先进药物递送系统，如将肽封装在可生物降解的聚合物、脂质体和纳米颗粒中，可以保护肽免受体内恶劣环境的影响，实现肽的可控释放。但每种策略都需要优化，以平衡肽的稳定性、靶向释放以及最小化潜在的毒性或免疫原性。进一步的研究对于弥合有前景的实验室发现与 AMPs 在对抗抗生素耐药感染的临床成功应用之间的差距至关重要。
五、用于抗菌肽递送的纳米颗粒
用于递送 AMPs 的纳米级载体研究涵盖多个类别，包括无机或金属纳米颗粒（如金、银和二氧化硅纳米颗粒）、聚合物纳米颗粒（PNs，包括壳聚糖、透明质酸和聚乳酸 - 乙醇酸共聚物（PLGA）纳米颗粒）、脂质基纳米颗粒（如脂质体、固体脂质纳米颗粒（SLNs）和纳米结构脂质载体（NLCs）），以及其他纳米结构（如树枝状聚合物、碳纳米点和量子点）。
无机纳米结构通常由金属盐通过化学还原得到的金属氧化物组成。金属纳米颗粒尺寸范围在 10 至 100nm，可由纯金属、金属盐或金属氧化物构成。由于其高比表面积以及出色的光学和电场特性，在生物成像和传感器应用中具有重要价值。带正电的金属纳米颗粒能够与带负电的细菌细胞壁通过静电相互作用紧密结合，导致细胞破裂和细胞成分渗漏。此外，金属纳米颗粒释放的金属离子进入细菌细胞后，能够干扰生物过程、诱导活性氧（ROS）生成，并与蛋白质、DNA 和膜等细胞结构结合，其抗菌谱较广。金属纳米颗粒如银、金、锌、铜和铁等，可通过穿透细菌细胞壁、破坏群体感应和干扰胞外聚合物基质来发挥抗生物膜作用。不过，其合成过程中使用的试剂具有毒性，且纳米颗粒不可生物降解，分散时还容易聚集，导致抗菌活性降低，可通过使用水溶性表面活性剂和聚合物（如壳聚糖、聚乙烯硫酸盐或多糖）来稳定纳米颗粒系统。
PNs 尺寸在 1 至 1000nm 之间，由聚合材料构成，具有纳米球和纳米胶囊两种形态结构。纳米球是由连续的聚合物网络组成，药物可吸附在其表面或保留在核心内；纳米胶囊则是由聚合物壳包裹油性内核，药物可吸附在表面或被困在核心中。PNs 通过干扰膜生物合成抑制细菌生长，阻止生物膜形成和分散，从而发挥抗菌活性。作为药物载体，PNs 具有诸多优势，如可根据聚合物基质的降解速率控制药物释放，提高生物利用度；其表面可功能化修饰配体，实现药物的位点特异性递送，减少非靶组织的药物积累，提高治疗效果；且因其尺寸小，可通过口服、鼻腔、局部、眼内和静脉注射等多种途径给药 。合成 PNs 主要有预形成聚合物分散和单体聚合两种策略，前者常需使用有机溶剂，存在毒性风险和环境问题，需去除溶剂；后者则是乳化疏水单体，通过引发剂分子诱导聚合，形成水性胶体悬浮液。研究中用于抗菌活性的 PNs 包括由聚乙二醇（PEG）、壳聚糖和 PLGA 制成的纳米颗粒。
树枝状聚合物是具有三维结构的超支化聚合物，尺寸通常在 2 至 5nm。它由核心、单体分支和末端功能基团三部分构成，分支与核心相连形成球状结构，末端功能基团可连接外部配体。每一个分支部分称为一代，从核心到末端基团依次编号（如 G1、G2、G3 等），更高代的树枝状聚合物具有更多分支和末端功能基团，可用于与其他分子相互作用。末端基团可包含靶向结构，增加药物在作用位点的浓度；还能使多个药物（或配体）共轭到树枝状聚合物的外围，增加药物与细菌细胞及其受体的相互作用。其球状结构在核心和外围之间形成不同性质的纳米域，便于药物封装。树枝状聚合物可克服传统药物制剂的一些局限性，如快速细胞吸收、靶向递送、高载药能力、抗水解性以及通过转胞吞作用更易穿过生物屏障等，阳离子和两亲性树枝状聚合物可通过与带负电的细菌表面静电相互作用，破坏细胞壁，发挥抗菌作用。但它也存在一些缺点，如癌细胞对其吸收较低，且易被免疫系统快速清除。医学研究中最常研究的树枝状聚合物有多聚（酰胺胺）（PAMAM）、聚（丙烯亚胺）、聚（L - 赖氨酸）（PLL）、碳硅烷、聚（磷酰肼）（PPH）和聚酯树枝状聚合物。
脂质体是由磷脂和胆固醇组成的球形囊泡纳米颗粒，围绕水核形成脂质双层。磷脂是两亲性分子，由甘油连接磷酸基团（极性区域）和两条饱和或不饱和脂肪酸链（非极性区域）构成。脂质体囊泡尺寸范围在 0.025 至 2.5μm，根据围绕水核的双层（层状结构）数量可分为单室（具有单个磷脂双层）或多室（具有多个由水隔开的双层）。脂质体的层数和大小直接影响药物半衰期。因其两亲性，脂质体既能在水核中包裹亲水性物质，又能通过范德华相互作用在层状结构中包裹疏水性物质。脂质体的性质取决于其组成（磷脂类型和甘油含量）、层数、大小、表面电荷和制备方法。脂质体具有诸多优点，如两亲性、高溶解能力、良好的胶体稳定性、保护药物免受环境因素影响、可生物降解、生物相容性好，且能实现物质的细胞内分布，其磷脂成分使其对生物膜具有高亲和力，显著增强细胞对药物的摄取。脂质体合成技术多样，一般分为被动加载（在脂质体生产前或过程中引入化合物）和主动加载（在囊泡形成后引入化合物）两类。不过，脂质体也存在一些局限性，如脂质双层易发生化学降解、氧化和水解，导致系统稳定性和质量下降；还存在物理不稳定性，如聚集、融合或聚结，会改变囊泡大小，导致药物泄漏，缩短脂质体半衰期，影响治疗效果；此外，还可能引发过敏反应，生产成本高，制备时间长。
SLNs 和 NLCs 是脂质基纳米颗粒，熔点高于 40°C（体温）。SLNs 由固体脂质基质构成，NLCs 则是由浸没在油滴中的固体脂质组成，两者都由合适的表面活性剂稳定，能够携带亲水性或疏水性分子。SLNs 和 NLCs 作为脂质体的替代品被开发出来，具有更高的稳定性、更好的包封效率、更长的保质期和大规模生产的可扩展性。它们是可生物降解、无毒的纳米颗粒，能够携带多种化学性质不同的生物活性物质，并可进行表面修饰以实现靶向递送。其胶体尺寸和可控释放特性使其适用于口服、眼部和肠胃外给药，局部给药尤其成功，因此广泛应用于商业化妆品配方中。SLNs 主要通过高压均质化和微乳液法制备，这两种方法避免使用有毒有机溶剂，且在胃肠道中高度稳定，能容纳高载量的亲脂性化合物。但 SLNs 存在一些缺点，如对 AMPs 的载药能力低、易凝胶化和发生多晶型转变、储存过程中药物易提前释放，以及由于固体脂质基质的晶体结构导致包封效率低。NLCs 作为第二代脂质载体，旨在解决 SLNs 的这些问题，具有更高的包封效率、更均匀的药物释放、更好的渗透性和生物利用度。不过，SLNs 和 NLCs 都存在对极性肽保留能力有限的问题，可通过双乳液法和冷热高压均质化等技术提高这些分子的运输效率。
六、纳米技术的体内研究
俞（Yu）等人开发了一种介孔二氧化硅纳米颗粒（MSN）平台，用于共递送 AMPs 蜂毒肽（MEL）和抗生素氧氟沙星（OFL），该平台展现出显著的抗生物膜活性。该系统采用共组装的主客体颗粒结构，可通过热和交变磁场（AMF）刺激实现两种药物的可控释放。体外实验中，H - MEL + G - OFL 纳米颗粒使生物膜生物量减少超过 97%，显著优于游离药物 69% 的减少率，并且能够 100% 消除致病细胞，而传统治疗方法仅能消除 78%。电子显微镜分析证实，在 H - MEL + G - OFL 存在的情况下，生物膜细胞能够有效分散和破坏，与未处理的生物膜的致密结构形成鲜明对比。在体内植入模型中，用该系统处理的植入物完全根除了细菌生物膜，且未引发炎症，处理组织中的细胞因子水平与对照组相比正常，这表明 H - MEL + G - OFL 平台在体内应用中，尤其是在植入医疗器械方面，是有效根除生物膜的有前景的选择。
马哈茂德（Mahmoud）等人研究了用 BAR 肽修饰的 PLGA 纳米颗粒（BNPs）在小鼠牙周炎模型中抑制口腔生物膜的疗效。这些纳米颗粒旨在破坏牙龈卟啉单胞菌（Pg）和戈登链球菌（Sg）的生物膜形成，这两种细菌是牙周疾病发病机制中的关键细菌。对 BNPs 的表征显示，其在非水合状态下直径为 87.9±29.4nm，水合状态下为 333.8±17.8nm，表明遇水会膨胀。此外，其 zeta 电位为 - 10.3±0.9mV，而未修饰的纳米颗粒为 - 22.6±1.2mV，证实了 BAR 肽的有效结合，且表明颗粒聚集减少。这种优化设计使 BNPs 能够在口腔环境中实现可控释放和增强粘附。体内测试中，与游离 BAR 相比，BNPs 显著减少了牙槽骨丢失和炎症标志物 IL - 17 的表达。在 0.7μM 的浓度下，BNPs 将骨丢失减少到接近未感染动物的水平，而相同剂量的游离 BAR 效果较差。在安全性方面，BNPs 在 1.3 至 3.4μM 的浓度下无毒，对绵羊红细胞无溶血活性，在牙龈上皮细胞中保持超过 90% 的活力，且与未处理细胞相比，细胞凋亡、三磷酸腺苷（ATP）和乳酸脱氢酶（LDH）水平正常。这些发现表明，BNPs 是用于口腔生物膜治疗和牙周炎症管理的有前景的生物相容性平台，在预防口腔感染方面具有临床应用潜力。
张（Zhang）等人研究了刺激敏感的抗菌肽纳米颗粒在对抗龋齿细菌生物膜方面的作用，并在体内模型中取得了显著成果。源自蜘蛛毒液并经过修饰的肽 pHly - 1 对 pH 变化和脂质结合具有双重敏感性，在抑制生物膜和预防龋齿方面表现出先进的功效，且不影响口腔微生物多样性，也不会损害健康组织。这些纳米颗粒（pHly - 1 NPs）表现出 pH 依赖的抗菌活性，能够适应龋齿的酸性环境，形成螺旋构象破坏细菌膜。在中性条件下，pHly - 1 形成纳米纤维，细胞毒性低，对口腔和胃组织安全。纳米颗粒表征显示，在 pH 4.5 时，pHly - 1 NPs 形成约 40nm 的颗粒，其 zeta 电位（ζ）在酸性 pH 下为 17.9±2.25mV，在中性 pH 下为 6.9±0.18mV，表明在酸性环境中带高正电荷，这对于结合和破坏变形链球菌的细菌膜至关重要。体内疗效实验表明，pHly - 1 NPs 不仅减少了大鼠模型牙齿表面的生物膜形成，还有效抑制了龋齿的进展，且对动物体重以及口腔和胃组织无不良影响。鉴于目前探索纳米技术与 AMPs 结合对抗生物膜形成细菌的体内研究数量有限，迫切需要加快该领域的研究，以应对生物膜相关感染和抗菌抗性不断升级的威胁。
七、挑战与未来方向
AMPs 具有巨大的治疗潜力，但它们的广泛应用受到一些重大挑战的阻碍，包括稳定性问题以及与生物屏障的相容性差。AMPs 极易受到酶促降解，在全身循环中的半衰期通常较短，这限制了它们在临床应用中的有效性。此外，它们无法有效穿透黏膜层、生物膜和细胞膜，降低了其生物利用度。为了提高 AMPs 在生物系统中的性能，需要创新的解决方案。
化学修饰是提高 AMPs 稳定性和疗效的关键策略。肽的环化和非蛋白质氨基酸的掺入在增强酶抗性和延长肽半衰期方面显示出前景。将 AMPs 固定在纳米颗粒上不仅提高了稳定性和抗菌活性，还实现了靶向递送。通过工程手段优化纳米颗粒的大小、形状和表面性质，有助于解决诸如氧化应激和免疫激活等毒性问题，改善其安全性。金属纳米颗粒（如金纳米颗粒）具有很大潜力，但合成具有明确形状和大小的纳米颗粒对于最小化毒性风险至关重要。
近期的创新成果，如基于水凝胶的 AMPs 递送系统，为解决纳米颗粒相关的局限性提供了有前景的替代方案。水凝胶具有高含水量、生物相容性和可生物降解性，能够实现药物的可控释放，同时提高 AMPs 的稳定性并减少副作用。水凝胶共轭系统增强了生物利用度，为在各种治疗环境中递送 AMPs 提供了适应性强的平台，有望克服许多与 AMPs 和纳米颗粒系统相关的现有挑战。
展望未来，AMPs 的发展依赖于跨学科研究与先进技术的融合。计算建模和人工智能（AI）驱动的设计可以优化 AMPs - 纳米颗粒共轭物，而 CRISPR 技术可能增强 AMPs 的特异性并减少脱靶效应。此外，改进生产方法以降低成本并提高可扩展性，对于 AMPs - 基于疗法的临床转化至关重要。尽管面临挑战，但化学修饰、纳米颗粒递送系统和水凝胶技术的快速发展为 AMPs 在对抗多重耐药感染方面的更广泛应用开辟了清晰的道路。
八、结论
创新的治疗策略对于对抗生物膜形成细菌感染至关重要，因为这些感染对当前的治疗方法具有高度抗性。AMPs 在破坏或抑制生物膜方面展现出巨大潜力，但它们的不稳定性、短半衰期以及给药方面的挑战限制了其临床应用。纳米技术为解决这些问题提供了有前景的方案，金属和聚合物纳米颗粒能够破坏生物膜、实现药物的可控释放和靶向递送，增强了 AMPs 的稳定性、吸收和抗菌效果。然而，纳米颗粒的毒性、稳定性和封装困难等挑战仍然存在。将水凝胶整合到纳米颗粒系统中可以提高生物相容性和可控释放，是解决这些问题的可行策略。未来的研究应致力于优化和个性化这些技术，以确保其有效性。总之，纳米技术与 AMPs 的结合为生物膜相关感染的治疗提供了更多选择，为更精确和有效的治疗方法奠定了基础，但仍需持续研究以克服现有局限性。
