研究背景
臨床醫用的常用醫療植入物例如骨科植入物和導管，是受微生物膜感染風險最大、最常見的醫療器件。醫用植入物表面形成的微生物膜使得入侵體內的病原體對滅菌制劑、抗生素和宿主免疫防御系統具有高度抗性，從而導致持續的微生物感染，這對個人術后恢復和公共衛生安全都產生了極大的挑戰。感染微環境中生物膜所引起乏氧、營養供給不足和弱酸性微環境，使宿主免疫細胞向抗炎表型極化。近年來，基于無機生物材料的理化性能設計、針對宿主免疫防御的定向調節，正在成為后抗生素時代抗感染策略的前沿研究方向。
圖1. 研究論文基本信息。
成果簡介
近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所和上海交通大學附屬第六人民醫院合作發現，PVP修飾的二維硒磷化錳MnPSe3納米片（MPS-PVP）可通過類芬頓催化過程提升生物膜中免疫原性細菌相關抗原（BAAs）的暴露，并抑制免疫抑制信號和激活共刺激信號，進而增強巨噬細胞等免疫細胞的抗感染免疫反應。這種干預提升了巨噬細胞呈遞內源性細菌抗原的能力，并在小鼠植入物感染模型中激活后續抗菌抗生物膜的體液免疫（Humoral immunity）過程。同時，MPS-PVP會能促進細菌特異性的記憶B細胞和抗體靶向響應，從而防止術后感染復發的出現。相關研究成果以“Inorganic nanosheets facilitate humoral immunity against medical implant infections by modulating immune co-stimulatory pathways”為題發表在Nature Communications(Nat. Commun. 2022, 13, 4866. DOI: 10.1038/s41467-022-32405-x)（圖1）。論文第一作者為楊闖，通訊作者為施劍林院士、林翰副研究員和張先龍教授。
本研究中，PVP修飾的二維硒磷化錳MnPSe3納米片（MPS-PVP）通過調節感染微環境（infectious microenvironment, IME）中的抗原呈遞和共刺激分子表達，在小鼠手術植入物感染模型中觸發抗生物膜體液免疫過程。機制上，PVP修飾的二維MPS-PVP破壞生物膜的結構完整性，納米片降解釋放出的Mn2+通過類芬頓催化反應生成活性氧（ROS），導致細菌抗原暴露，同時調控免疫抑制信號（IL4I1和CD206）和共激活信號（CD40、CD80和CD69）。這促使抗原呈遞細胞（APC）活化、增強抗原呈遞，引發生物膜特異性體液免疫響應和免疫記憶效應。在術前植入物免疫預激活等體內實驗中，有效地減輕了手術移除受感染植入物后的微生物殘留和術后復發性感染（圖2）。因此，該研究提供了一種針對植入物感染的潛在非抗生素型替代治療方案。
圖2. 基于二維硒磷化錳MnPSe3 (MPS) 納米片的納米催化抗感染免疫治療示意圖。
相關研究得到了國家自然科學基金項目、中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程創新單元項目、上海市“科技創新行動計劃”基礎研究領域項目、上海市啟明星等項目支持。
參考文獻：
Yang, C., Luo, Y., Shen, H. et al. Inorganic nanosheets facilitate humoral immunity against medical implant infections by modulating immune co-stimulatory pathways. Nat Commun 13, 4866 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-32405-x
https://doi.org/10.1038/s41467-022-32405-x
