單細(xì)胞力譜技術(shù)助力量化細(xì)胞黏附力，突破耐藥菌困境

全球范圍內(nèi)，每年因耐藥菌感染導(dǎo)致的死亡人數(shù)已超127萬，傳統(tǒng)抗生素在“超級細(xì)菌”面前逐漸失效，一項發(fā)表在《Journal of Controlled Release》的突破性研究為人類對抗耐藥菌帶來了全新希望。北京大學(xué)團(tuán)隊提出的基于RGDS肽的新型抗菌策略，不僅精準(zhǔn)阻斷了細(xì)菌感染路徑，更將抗生素用量減少75%，這一革命性發(fā)現(xiàn)的背后，多功能單細(xì)胞顯微操作FluidFM技術(shù)功不可沒，扮演了“關(guān)鍵證人”的角色，為科學(xué)家打開了觀察細(xì)菌與宿主細(xì)胞互動的微觀窗口。

高水平文獻(xiàn)助力神器：多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)- FluidFM OMNIUM

 
細(xì)菌感染的“致命第一步”：看不見的粘附力

細(xì)菌要在人體內(nèi)興風(fēng)作浪，第一步就是“粘住”宿主細(xì)胞。就像病毒需要鑰匙打開細(xì)胞大門，細(xì)菌也會通過表面的粘附蛋白（如FnBPs），牢牢抓住人體細(xì)胞外基質(zhì)中的纖連蛋白（Fn），這種“分子級握手”是感染的必經(jīng)之路。而耐藥菌之所以難治，正是因為它們在進(jìn)化中強(qiáng)化了這種粘附能力，讓抗生素難以滲透。過去，科學(xué)家雖知道“粘附”很重要，卻始終無法簡單方便、精準(zhǔn)測量這種微觀力的大小——直到FluidFM技術(shù)的介入。

 
FluidFM：微觀世界的“力傳感器”，讓隱形力顯形

搭載了“納米天平”的機(jī)械手，能輕輕抓起單個細(xì)菌，并精準(zhǔn)地靠近宿主細(xì)胞，記錄下兩者接觸、分離時的每一絲力量變化——這就是FluidFM技術(shù)的神奇之處。

• 精準(zhǔn)捕獲： FluidFM探針可通過施加負(fù)壓，如同一只微型的“納米吸管”，精準(zhǔn)地捕獲單個活體細(xì)菌（如金黃色葡萄球菌）。
• 可控接觸： 探針攜帶著單個細(xì)菌，精確控制地接近經(jīng)過RGDS肽處理或未處理的宿主細(xì)胞（如人角質(zhì)形成細(xì)胞HaCaT）。
• 實(shí)時測力： 當(dāng)細(xì)菌與細(xì)胞表面接觸并短暫停留后，探針按設(shè)定程序回撤。在這個過程中，F(xiàn)luidFM實(shí)時、高精度地測量細(xì)菌與細(xì)胞表面分離所需的力——這就是細(xì)菌-宿主界面的黏附力（Adhesion Force）。
• 量化比較： 通過對比處理組和對照組測得的黏附力數(shù)據(jù)，F(xiàn)luidFM提供了直接、定量、單細(xì)胞水平的證據(jù)。

 
FluidFM揭示的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：

• 黏附力顯著降低： 實(shí)驗結(jié)果顯示，經(jīng)RGDS肽預(yù)處理后，金黃色葡萄球菌與宿主細(xì)胞（HaCaT和IEC-6）之間的黏附力顯著降低（例如，HaCaT細(xì)胞上的黏附力從約50 nN降至約20 nN）。
• 劑量效應(yīng)清晰呈現(xiàn)： FluidFM測量的數(shù)據(jù)清晰展現(xiàn)了RGDS肽的濃度效應(yīng)，濃度越高，黏附力降低越明顯，解釋了為何RGDS肽能有效減少細(xì)菌在細(xì)胞表面的定植面積和感染細(xì)胞數(shù)量（通過共聚焦顯微鏡和流式細(xì)胞術(shù)驗證）。
• 機(jī)制直觀確認(rèn)： 這些精確的力學(xué)測量數(shù)據(jù)，直觀而有力地證明了RGDS肽通過競爭性抑制Fn-FnBPs結(jié)合，成功削弱了細(xì)菌與宿主細(xì)胞界面的物理黏附力，從而阻止了細(xì)菌感染的第一步。

 
RGDS 肽與抗生素攜手合作，發(fā)揮出 “1 + 1 > 2” 的強(qiáng)大協(xié)同效應(yīng)。研究人員驚喜地發(fā)現(xiàn)，當(dāng) RGDS 與環(huán)丙沙星、氨芐西林等常用抗生素聯(lián)用時，抗生素的劑量可以減少 75%，然而殺菌效果卻依然與標(biāo)準(zhǔn)劑量的抗生素相當(dāng)，甚至在某些情況下更為出色。

下圖結(jié)果證實(shí) RGDS 肽可通過抑制細(xì)菌 - 宿主界面粘附，增強(qiáng)低劑量抗生素的抗菌效果，且這種作用具有廣譜性，為減少抗生素用量（最高可降低 75%）提供了實(shí)驗依據(jù)。

 
為了進(jìn)一步驗證 RGDS 肽與低劑量抗生素聯(lián)合使用在實(shí)際應(yīng)用中的療效，科學(xué)家在三種不同的動物模型中展開研究：

在小鼠腹腔感染模型中，研究人員將金黃色葡萄球菌注入小鼠腹腔，模擬細(xì)菌在人體內(nèi)廣泛傳播引發(fā)全身性感染的場景。然后，分別給予小鼠不同的治療方案：一組使用標(biāo)準(zhǔn)劑量的抗生素，一組使用低劑量抗生素 + RGDS 肽的組合，另一組作為對照組不進(jìn)行任何治療。經(jīng)過一段時間的觀察和檢測，低劑量抗生素 + RGDS 肽組的細(xì)菌清除能力與標(biāo)準(zhǔn)劑量組相當(dāng)，并且在對小鼠的心、肝、腎等重要器官進(jìn)行檢測時發(fā)現(xiàn)，該組合治療對這些器官沒有造成任何明顯的損傷，充分證明了其安全性和有效性。

在小鼠大腿感染模型中，科研人員將細(xì)菌直接注射到小鼠大腿肌肉組織內(nèi)，模擬局部感染的情況。通過對不同治療組小鼠大腿感染部位的觀察和分析，發(fā)現(xiàn)接受低劑量抗生素 + RGDS 肽聯(lián)合治療的小鼠，其感染范圍迅速縮小，炎癥反應(yīng)明顯減輕。與標(biāo)準(zhǔn)劑量抗生素組相比，不僅治療效果毫不遜色，而且在減少抗生素用量的同時，降低了藥物對小鼠整體身體機(jī)能的潛在影響。

而在大鼠傷口感染模型中，研究人員在大鼠皮膚上制造傷口，并接種金黃色葡萄球菌，模擬日常生活中常見的傷口感染場景。結(jié)果顯示，低劑量抗生素 + RGDS 肽的聯(lián)合治療不僅能夠減少 70% 以上的細(xì)菌負(fù)荷，有效控制傷口處的細(xì)菌感染，還能顯著促進(jìn)傷口的愈合。在實(shí)驗觀察的 14 天內(nèi)，聯(lián)合治療組的傷口表皮厚度比傳統(tǒng)治療組增加了 30%，傷口愈合速度提升了近一倍。這一結(jié)果表明，該聯(lián)合治療方案不僅能夠?qū)�抗�?xì)菌感染，還對傷口的修復(fù)和愈合過程起到了積極的促進(jìn)作用，為臨床治療傷口感染提供了新的有效策略。

 
這項由北京大學(xué)科研團(tuán)隊完成的研究，從 “力生物學(xué)” 這一全新的角度，深入揭示了細(xì)菌 - 宿主黏附力與感染之間的緊密關(guān)聯(lián)，為人類對抗耐藥菌感染開辟了一條全新的道路。RGDS 肽作為一種創(chuàng)新的 “抗生素佐劑”，其潛力巨大，不僅能夠顯著降低抗生素的使用劑量，從而減少治療成本，還能有效減少細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生，為解決全球公共衛(wèi)生危機(jī)帶來了新的希望。

未來，該策略有望擴(kuò)展至更多耐藥菌類型，并通過水凝膠等載體實(shí)現(xiàn)局部精準(zhǔn)遞送，為臨床治療皮膚感染、腹腔感染等提供新方案。正如研究團(tuán)隊指出，這種 “宿主導(dǎo)向” 的力學(xué)生物學(xué)策略，可能成為應(yīng)對全球耐藥菌危機(jī)的重要武器。

相關(guān)產(chǎn)品：
多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)- FluidFM OMNIUM http://zfnb.cn/show1equip.asp?equipid=4310883