告别抗生素-多糖基纳米水凝胶物理阻断表皮葡萄球菌黏附与生物膜

表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）常见于人体皮肤，也可能在导管、人工关节等植入器械表面定植。细菌形成生物膜后，会受到胞外多糖、eDNA和蛋白质构成的基质保护，处理难度随之增加。与直接杀灭细菌相比，限制初始黏附和生物膜建立，可能减少对抗菌药物的依赖。天然多糖经胆固醇修饰后能够自组装成纳米水凝胶，过往研究多把这类材料作为药物载体。未载药材料本身能否影响生物膜，则需要单独验证。

这项研究选用表皮葡萄球菌O47和RP62A两株高生物膜形成菌株，观察透明质酸胆固醇衍生物HA-CH与结冷胶胆固醇衍生物Ge-CH的作用。实验覆盖细菌生长、初始黏附、生物膜形成、成熟生物膜处理、材料表面涂覆和细胞相容性，并通过蛋白分析寻找可能的作用线索。

图1.纳米水凝胶的制备与理化表征

HA和Ge的胆固醇接枝度分别为15%和6%。两种衍生物经121 ℃高压灭菌后自组装，形成HA-CH和Ge-CH纳米水凝胶。动态光散射测得HA-CH粒径约288±5 nm，ζ电位为负40.7 mV。Ge-CH粒径约178±1 nm，ζ电位为负19.7 mV。两者PDI均小于0.3，在37 ℃条件下放置一个月后仍保持稳定。未形成纳米组装的原多糖没有表现出相同程度的作用，说明材料形态可能是影响结果的因素之一。

图2.纳米水凝胶对细菌生长的影响

在0.5 mg/mL浓度下，O47和RP62A的生长曲线与原多糖组、空白组接近，倍增过程和终末菌量未见明显变化。这说明该条件下的HA-CH与Ge-CH纳米水凝胶并未表现出直接抑菌作用。后续观察到的生物膜变化，更适合解释为对黏附过程的干预，而不是细菌被杀灭后的结果。

图3.对生物膜形成及成熟生物膜的抑制/瓦解作用

结晶紫实验显示，0.5 mg/mL的HA-CH和Ge-CH纳米水凝胶使O47生物膜量减少约90%，RP62A的降幅约为60%至70%。未衍生化HA未见明显作用，未衍生化Ge的效果较弱。处理从接种时开始，抑制幅度约为60%至90%。面对已经形成24小时的生物膜，材料也显示出一定削弱作用，其中Ge-CH处理RP62A后的降幅约为80%。这些数据来自体外模型，不能直接等同于植入器械上的临床效果。

图4.材料表面抗黏附涂层实验

将纳米水凝胶涂在钛、不锈钢、玻璃和聚苯乙烯圆片上，再接种细菌培养。图中，生物膜主要出现在没有被材料覆盖的区域，涂覆区的细菌黏附明显减少。结果说明该材料具有作为表面抗黏附涂层继续研究的可能性。涂层耐久性、复杂体液环境中的稳定性和灭菌后的性能，仍需用更接近实际使用的条件评估。

图5.细菌表面蛋白谱分析及AtlE鉴定

SDS-PAGE和酶谱分析发现，HA-CH处理组中100至130 kDa附近的蛋白条带消失。LC-MS/MS将相关蛋白鉴定为黏附素和自溶素AtlE，它参与表皮葡萄球菌的初始附着和肽聚糖水解。该现象提示HA-CH可能改变AtlE的表达、定位或稳定性，但现有结果尚不足以区分具体环节。Ge-CH也能减少生物膜，却没有引起相同的蛋白条带变化。作者据此推测，它可能通过其他相互作用影响胞外基质。

图6.真核细胞相容性

研究以RAW 264.7巨噬细胞和MG-63人成骨细胞为模型，在0.5 mg/mL浓度下处理4、12和24小时。MTT检测中，两类细胞的活力均接近未处理组，未见明显下降。这一结果支持材料在所测浓度和时间内具有较好的体外细胞相容性，但不能替代长期毒性、免疫反应和动物实验评价。

本研究首次证明未载药的透明质酸-胆固醇（HA-CH）和结冷胶-胆固醇（Ge-CH）纳米水凝胶自身具备显著抗S. epidermidis生物膜活性。实验结果表明，HA-CH和Ge-CH在不明显影响细菌生长的情况下，可以减少表皮葡萄球菌的早期黏附和生物膜量，也能在一定程度上削弱成熟生物膜。HA-CH处理后AtlE相关条带发生变化，为作用机制提供了线索。两种材料在多类常用基底上均表现出抗黏附现象，细胞实验也未发现明显毒性。现阶段证据主要来自体外研究，若用于植入器械表面，还需要补充涂层稳定性、体内安全性和感染模型验证。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2026.114861