耐药细菌以及生物膜的治疗现状推动着新型抗菌疗法的发展。近期，乔治亚理工学院的Andrés J.García等人撰写了最新综述文章，探讨了用于治疗获得性感染的生物材料基非抗生素抗菌疗法的发展。作者重点关注了这类基于生物材料的治疗策略的临床转化潜力，并且展望了临床转化相关的挑战和解决策略。相关文章以“Biomaterial-based antimicrobial therapies for the treatment of bacterial infections”为题发表在Nature Reviews Materials。

一、生物材料基抗菌疗法

生物材料可被构建用于提升活性系统与治疗剂之间的相互作用，有助于体内平衡的迅速恢复。水凝胶、纳米颗粒等生物材料可以将抗生素和其他抗菌剂递送到感染位点，为在感染位点维持有效的药物浓度提供适当的药物释放行为。此外，由聚阳离子和两性离子聚合物构成的支架及薄膜材料也具有杀菌抗菌的作用。因此，物理涂层和聚合物的共价接枝可以赋予生物医学器件抵抗细菌感染的能力。生物材料递送策略也可以进一步保护抗菌药剂在体内不受降解酶和灭活因子的影响。最后，生物材料可高效递送多种抗菌药剂，有效降低药物的毒副作用（图1）。

图1生物材料基抗菌疗法

二、噬菌体的递送

噬菌体（Bacteriophages）是一类可以感染和溶解细菌的病毒，他们能够感染溶解特定的细菌，同时降解生物膜基质。通过感染细菌，噬菌体劫持细菌并利用其对自身进行复制，最终导致细菌的死亡。与抗生素不同，这一抗菌机制可有效杀灭多药耐药性细菌。而生物材料辅助的噬菌体疗法如今在治疗骨、肺、胃肠道等感染方面已经展现出了临床转化前景（图2）。

图2基于微纳颗粒的抗菌疗法

三、抗菌多肽材料

抗菌多肽（AMPs）也是一种被开发用于感染处理的抗菌制剂。一般来说，抗菌多肽是一类聚阳离子两亲性多肽，这些多肽可通过破坏细菌细胞膜以及结合胞内靶标来实现抗菌作用。人们利用生物材料来进行抗菌多肽和佐剂的共递送，可有效提高抗菌多肽的治疗效果。例如，刺激响应型纳米颗粒可装载抗菌多肽，到达感染位点后可持续释放抗菌多肽。更重要的是，与游离多肽治疗相比，生物材料基的多肽递送展现出了更高的安全性（图3）。

图3水凝胶基抗菌疗法

四、抗菌酶以及抗菌蛋白质的递送

由细菌或者噬菌体分泌的溶菌酶也可有效治疗细菌感染。例如溶葡球菌酶作为一种金属内肽酶可特异性地抵抗葡萄球菌，其可以通过断裂葡萄球菌肽聚糖层的五甘氨酸桥联来杀死生物膜内的细菌。数据显示，超过66%的骨科感染是由金黄色葡萄球菌等造成的，因此溶葡球菌酶可成为治疗骨科感染的有力工具。而利用基于天然聚合物、金属、骨水泥等成分的水凝胶可递送溶葡球菌酶或者产生溶葡球菌酶的细胞到达感染位点，不仅可以强化治疗效果，还可以恢复位点的健康免疫微环境（图3）。

五、聚阳离子聚合物

聚阳离子聚合物针对耐药细菌也具有光谱的抗菌杀菌、抗生物膜的性质。然而，与此同时，以聚乙烯亚胺等为代表的聚阳离子聚合物对哺乳动物细胞也具有毒性，限制了这类聚合物作为抗菌材料的发展。针对这一挑战，人们合成了含有聚阳离子聚合物的嵌段共聚物，这些共聚物可以形成纳米颗粒，并利用独特的机制对生物膜进行清除。细胞实验还表明，这类聚合物纳米颗粒不会对哺乳动物的红细胞造成有毒作用。

六、更多的新型抗菌生物材料

除以上所述之外，还有更多的替代型抗菌生物材料进入的基础研究的视野。例如，人们利用磁性机器或者磁靶向复合材料作为递送系统可将药剂特异性递送到病灶位点。有研究构建了由氧化铁纳米颗粒组成的磁性催化抗菌机器可，由于具有产生抗菌自由基的能力以及降解酶的存在，这一机器可有效缓解细菌感染并造成生物膜的毁坏。

七、展望

虽然生物材料的发展大大扩展了抗菌疗法的治疗思路，但生物材料基抗菌疗法的临床转换可以说是依然道阻且长。首先，在抗菌研究中需要发展成熟的慢性感染动物模型，从而有利于评估新型疗法的疗效和生物安全性。其次，目前的研究关注于抗菌效果的评价，却忽视了疗法的全局生理作用。因此，需要完善免疫细胞对于疗法、生物材料载体等的响应评价机制。最后，针对非抗生素治疗药剂，细菌也可能进化出耐药机制。因此，我们也需要仔细研究细菌在这些新型疗法中发展出耐药性的潜在能力。

抗菌抗病毒材料亟待突破应用短板

当前，新冠病毒肆虐我国，并席卷全球多个国家。除新冠病毒外，流感病毒、SARS冠状病毒、禽流感病毒等其他病毒以及大肠杆菌、金黄葡萄球菌等细菌同样会给人类健康带来较大威胁。而在日常生活中大量使用消毒水可能引起人体中毒、环境污染，从长远预防病菌的角度看，使用抗菌、抗病毒材料制品会具备更好的效果。未来，抗菌抗病毒材料将成为新材料研究和应用热点之一.

一、现有抗菌抗病毒材料的特性

无机抗菌抗病毒材料具有良好的生物兼容性。

无机抗菌抗病毒材料的代表是二氧化钛、磷酸钙、碳纳米管和石墨烯材料等。二氧化钛是一种光触媒，紫外线照射可产生活性OH-、活性氧等，通过氧化作用分解细菌，不消耗过多的地球能源，可作为涂层材料应用。磷酸钙材料与生物无机钙化组织在化学结构上具有类似性，可降解、抗感染，具有很好的生物兼容性和安全性，通常作为基体材料应用于骨水泥等医疗器械领域。据统计，2018年磷酸钙骨水泥的需求量已达到2800吨。碳纳米管和石墨烯抗菌材料属于新型材料，目前尚处于研究阶段。主要抗菌机理是极高的吸附能力和物理切割能力，可破坏细菌甚至病毒的主体结构。

金属抗菌抗病毒材料具有最强的抗菌效果。

对于抗菌效果而言，重金属离子的抗菌效果最佳。金属离子可以破坏细菌主体结构，还能与蛋白质中的巯基发生反应，或通过置换酶中的金属离子使大多数酶失活，因此可对细菌、病毒、真菌起到有效的抑制作用，抗菌效果可达99%以上，抗菌理化性质稳定。从安全性等多种角度来看，金属离子的选择顺序为Ag>Co>Ni>Al>Zn>Cu=Fe>Mn>Sn>Ba>Mg>Ca，目前应用最广泛的是Ag系、Cu系和Zn系，通常通过添加纳米粒子或添加离子的方式加入到陶瓷、涂料、纺织物中。目前应用最广泛的抗菌抗病毒金属是抗菌不锈钢，日本在此方面的研究和应用较为广泛，川崎钢铁、日新制钢等企业均推出了相应产品，金黄葡萄球菌、大肠杆菌、绿膜菌抗菌效果均可达到99%以上。

有机抗菌抗病毒材料环境友好性能稳定。

有机抗菌材料的主要品种有酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类等，这些有机材料性能较为稳定，毒副作用较低，对人体刺激小。目前，添加有机抗菌材料的塑料制品成为发展热点，常用于家电、食品包装等领域。三星公司、惠而浦公司以及我国的中石化集团、海尔公司等都在积极开展抗菌塑料制品的研制。此外，毒副作用小，对环境友好的纯植物提取抗菌纤维、化妆品也受到广泛关注，如利用壳聚糖表面的氨基或羟基进行化学改性，通过纺丝制成壳聚糖纤维，或者通过壳聚糖后整理方法负载于纤维纺织品，提升织物抗菌能力。

二、抗菌材料的应用短板

材料抗菌抗病毒具有局限性。

目前抗菌抗病毒材料面临“鱼与熊掌不可兼得”的局面。抗菌抗病毒效果较佳的部分重金属材料，本身具有一定的环境毒性和细胞毒性，对人体有一定危害。而对环境友好的有机材料和无机材料，一方面抗菌普适性较差，即只能对部分细菌或病毒起到抑制作用。另一方面，在制备和使用的过程中难度较大，如需复杂的化学处理和合成，使用时需要在紫外线照射等环境下才可起作用等。从而明显制约了抗菌材料从实验室研究到实际的大规模应用，已成为抗菌抗病毒材料应用扩展的桎梏。

全面推广应用成本较高。

一是生产成本较高。如常用的广谱型Ag离子抗菌抗病毒材料，Ag价格为4000元/公斤，经过处理的纳米银价格更高，其产品价格也是同类产品的数倍。二是应用成本较高。虽然目前抗菌抗病毒材料及其应用技术能够实现功能抗菌，也有多种产品适用于公交汽车、地铁的扶杆、扶手、座椅等部件，以及卫生洁具、厨房用品、地板、地砖、油漆、涂料等生活用品。但是，全面更换当前现有设施的投入成本非常高。因此，尽管在非典时期，就有很多公共卫生领域的专家倡导全面更换公共设施材料，但是至今未得到采纳。

抗菌抗病毒标准体系尚未健全。

一是对于抗菌抗病毒材料的检测方法及标准涉及的材料和产品种类过少。目前的ISO的十余条抗菌检测标准以纺织品和塑料的检测为主，国内的三十余条抗菌检测标准也不能完全覆盖所有材料。导致实验室对很多材料的抗菌抗病毒检测没有统一标准，不同实验室的检测结论不同。二是对于抗菌材料的长效性评价方法及标准较少。对于抗菌塑料等有机材料而言，使用年限较长，而检测方法难以对时效性进行界定。三是针对抗菌抗病毒效果的产品质量和宣传规范较少，导致一些企业钻了空子，过分夸大产品性能。如将“抗菌”宣传为“杀菌”，抗菌率宣传为100%等等。

三、建议

加强对抗菌抗病毒材料的研发力度。加快对抗菌抗病毒材料的研发，对于目前难度较大的材料的抗菌机理研究，安全性、稳定性研究，以及纳米材料、复合材料、涂层材料制备方面的研究，在重大项目中予以倾斜，从专项资金中重点奖励。将抗菌抗病毒材料的应用纳入新材料首批次保险范围，为下游应用企业提供保障。建立产学研联动机制，与日本等抗菌抗病毒材料发展较好的国家组建联合研发体，实现资源和信息共享，提升整体研究水平。

加强抗菌抗病毒材料的应用推广。在保证产品质量和安全性的前提下，将抗菌抗病毒材料向消费者宣传普及，提升公众对抗菌概念的正确认识。优先在湖北等抗疫前线地区的医院、学校等公共场所，以及公交汽车、地铁等公共交通工具使用抗菌抗病毒材料，为人民群众健康提供保障。鼓励部分地区先行先试，为推广抗菌抗病毒材料的地区提供资金补助，并通过主流媒体进行宣传推广。

通过标准和监管的完善提升抗菌市场规范程度。完善抗菌抗病毒材料的性能、安全规格、标注方法、检测手段等规定和标准。根据抗菌抗病毒材料的最新进展，制订相应的检验检测、产品质量新标准，并对使用多年的抗菌标准开展修订工作。提升第三方抗菌检测实验室水平，确保全行业、特别是第三方检测结果的一致性。完善监督机制，加强抗菌协会等第三方机构的监督，强化抗菌协会其他协会的联动，对抗菌产品市场规范进行监督检查。

推荐：

本项产品新型抗菌抗病毒材料是纳米或微米级钼酸银，通过银离子，钼酸根离子双重杀菌。可单独使用，也可与其他化合物联合作为添加剂，或喷涂到物体表面做杀菌剂。与日本市场上传统的抗菌剂相比，如Zeomic(载银沸石)，要制成抗菌聚乙烯保鲜膜，用Zeomic抗菌剂要向聚乙烯中添加1%（质量分数），而用本产品只要添加0.004%（质量分数）。

对本产品感兴趣的企业或朋友，可以通过https://www.xianjichina.com/achieve/details_1966.html与我们联系。

来源：高分子科学前沿、赛迪智库

注：文章内的所有配图皆为网络转载图片，侵权即删！

Tags： 综述抗菌材料基于非抗生素抗菌疗法的发展