生物世界

近日，材料化学领域顶级期刊《Advanced Materials》（IF=29.4）在线发表了中国农业科学院茶叶研究所茶叶质量与风险评估创新团队最新研究成果，文章题目为“Engineering Antimicrobial Metal–Phenolic Network Nanoparticles with High Biocompatibility for Wound Healing”。该团队首次研发了茶多酚原位自组装技术，构建了茶多酚金属纳米生物材料，有效清除耐药菌生物膜引起的伤口感染，并系统评估了其安全风险。

细菌耐药性已经成为全球公共卫生安全问题，而传统抗生素在针对耐药菌的治疗存在一定的局限性。近年来，纳米技术在抗菌领域的应用已成为研究热点之一，将高分子、碳、金属等制备成纳米材料具有良好抗菌特性，但材料制备过程中仍存在步骤复杂、条件苛刻，环境不友好等问题。因此，亟需开发一种合成步骤简单、成本低、绿色高效的抗菌剂突破耐药菌困境。茶多酚是茶叶滋味的关键物质，也是茶叶中含量最高的活性成分，具有天然的抗菌性能。但茶多酚含有多个酚羟基，容易被氧化、络合等而发生化学结构改变，致使其生物体内利用度低。

为解决此难题，中茶所茶叶质量与风险评估团队利用茶多酚的结构特性开发了一种普适性的茶多酚原位一步自组装方法（图1），实现了在水相常温常压条件下茶多酚稳态纳米生物材料的快速绿色合成，包括不同茶多酚（EGCG,EC,ECG,EGC,TP等），与FDA批准的戒酒硫代谢物DEDTC和不同金属（Au, Ag，Ce, Mg等）自组装成纳米颗粒），并发现茶多酚自组装新材料具有显著的协同抗菌效应。

图1. 茶多酚自组装金属抗菌生物材料的构建及其抗感染机制示意图。

以EGCG自组装纳米铜颗粒（am-MPN NPs）为例,对其形貌、结构、键合方式和稳定性等进行了系列表征，并发现其抗菌能力比现有报道的其他铜基抗菌材料提高了10-1000倍（图2,3）。

图2. am-MPN NPs的形貌和表征

图3. am-MPN NPs对浮游细菌的抑菌活性评价

不仅是针对浮游细菌，研究进一步通过构建细菌生物膜模型，证明了am-MPN NPs可极显著的破坏耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）形成的生物膜，而EGCG对MRSA生物膜没有明显效果（图4）。此外，通过细胞、血液、斑马鱼和小鼠等安全性测试，系统证明了am-MPN NPs活性浓度下的体内外生物安全性，并且使用两种线虫模型验证了其在线虫整个生命周期的长期安全性（图4）。

图4. am-MPN NPs对细菌生物膜的作用和安全性评价

通过构建小鼠MRSA皮肤伤口感染模型，发现am-MPN NPs可以通过抑制伤口处细菌生长、调节免疫因子、刺激新生血管形成等促进伤口的愈合（图5）。

图5. am-MPN NPs促进MRSA感染伤口愈合

优良的生物安全性和显著的抗菌活性表明其在治疗伤口感染应用方面的巨大潜力。机制解析发现am-MPN NPs可以破坏细菌壁膜结构，导致细菌内容物泄露；引起细菌内活性氧爆发，核酸结构破坏；以及形成醌蛋白（图6）；其中多酚基材料为特征的醌蛋白介导抗菌机制是首次报道。

图6. am-MPN NPs的抗菌机制解析

综上，本研究利用茶多酚自组装技术简便、快速、绿色高效地制备了am-MPN NPs，进一步证明了am-MPN NPs的体内外优良生物安全性、协同抗菌活性以及促进耐药菌伤口愈合，并提出了多酚基材料在细菌内产生醌蛋白的抗菌新机制。该研究进一步推动了茶叶多酚资源的利用，为茶多酚自组装新材料设计以及协同健康研究提供了新思路。

该研究第一作者为中茶所联合培养硕士研究生俞蓉欣和陈红平研究员，通讯作者为张相春博士以及墨尔本大学林志兴研究员和Frank教授，该工作得到了浙江省重点研发计划，国家自然科学基金和中国农科院创新工程青年专项等项目支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307680

供稿：中国农业科学院茶叶研究所 茶叶质量与风险评估创新团队

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