生物与化学合成氧化锌纳米颗粒抗耳念珠菌生物膜的对比研究：机制探索与临床转化潜力

《BioMetals》：Comparative evaluation of biologically and chemically synthesized zinc oxide nanoparticles for preventing Candida auris biofilm

编辑推荐：针对多药耐药耳念珠菌(C. auris)生物膜防控难题，埃及国家研究中心团队通过对比生物合成(ZnO-NP-B)与化学合成(ZnO-NP-C1/C2)氧化锌纳米颗粒的抗真菌性能，发现化学合成纳米颗粒(尤其ZnO-NP-C1)能显著抑制生物膜形成(67.9%黏附抑制率)，并下调ALS5等黏附基因表达，为抗真菌医疗器械涂层开发提供新策略。

　　在真菌感染治疗领域，一种名为耳念珠菌(Candida auris)的多药耐药病原体正引发全球公共卫生危机。这种病原体不仅对现有抗真菌药物表现出惊人抵抗力，更擅长在医疗设备和人体组织表面形成顽固的生物膜——这种由微生物分泌的"保护罩"使其能逃避宿主免疫攻击，甚至耐受常规药物治疗。据统计，耳念珠菌感染导致的死亡率高达30-60%，而现有治疗方案往往收效甚微。更令人担忧的是，该病原体已在全球40多个国家引发医院感染暴发，被世界卫生组织列为"关键优先级"真菌病原体。

面对这一严峻挑战，埃及国家研究中心的Bahgat Fayed团队将目光投向纳米技术领域。氧化锌纳米颗粒(ZnO-NPs)因其独特物理化学性质和广谱抗菌活性备受关注，但不同合成方法对其抗真菌效能的影响尚不明确。研究人员创新性地对比了生物合成(ZnO-NP-B)与两种化学合成方法(干湿化学法ZnO-NP-C1、溶胶-凝胶法ZnO-NP-C2)制备的纳米颗粒，系统评估其对耳念珠菌的抑制作用及分子机制，相关成果发表在《BioMetals》期刊。

研究采用多项关键技术：通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征纳米颗粒晶体结构和形貌；使用光子相关光谱测定粒径和zeta电位；采用微量稀释法测定最小抑菌浓度(MIC₅₀)；通过XTT法量化生物膜形成能力；运用实时定量PCR分析耐药基因(CDR1、MDR1等)和黏附基因(ALS5、IFF4等)表达变化。

在纳米颗粒表征方面，化学合成颗粒展现出显著优势。ZnO-NP-C1平均粒径仅9.62±3.2 nm，表面带负电(-25.8 mV)；ZnO-NP-C2呈纳米片状结构，带正电(+19.4 mV)；而生物合成的ZnO-NP-B粒径达604.2±374.6 nm。这种尺寸差异直接影响了抗菌性能——化学合成颗粒的MIC₅₀值显著更低(ZnO-NP-C1为61.9±3.3 μg/mL，ZnO-NP-C2为151±7.83 μg/mL)，而生物合成颗粒需1 mg/mL才能达到同等效果。

基因表达分析揭示关键发现：生物合成ZnO-NP-B会触发耳念珠菌耐药基因(如ERG11、CDR1)显著上调，可能诱导耐药性；而化学合成颗粒ZnO-NP-C2基本不干扰耐药基因表达。特别值得注意的是，ZnO-NP-C1能同时下调FKS1(编码β-葡聚糖合成酶)和ERG2(固醇异构酶)基因，这种"双靶点"作用可能延缓耐药性发展。

在抗生物膜实验中，ZnO-NP-C1表现最为突出。150 μg/mL浓度下可减少67.9±2.35%的细菌黏附，分子机制研究表明其能显著抑制ALS5(0.37±0.006倍)、IFF4(0.043±0.002倍)等黏附基因表达。这些基因编码的蛋白质对病原体初始定植至关重要，其下调直接阻碍了生物膜形成的首个关键步骤。

该研究首次系统比较不同合成方法对ZnO-NPs抗耳念珠菌效能的影响，揭示化学合成特别是干湿化学法制备的纳米颗粒具有三重优势：更强抗菌活性、更低耐药诱导风险和优异抗生物膜性能。这些发现为开发基于纳米技术的抗真菌医疗器械涂层提供了理论依据，同时也提示生物合成纳米颗粒在抗真菌应用中可能存在潜在风险。未来研究需进一步验证这些纳米颗粒在体内感染模型中的效果，并探索其对多菌种生物膜的抑制作用，以推动其临床转化应用。