胍基修饰的抗菌高分子与抗生素的协同效应及其对细菌耐药性的影响

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81803481
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3409.药物材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Due to the recent surge of antibiotic resistance, antibiotic monotherapy is no longer sufficient to treat multidrug-resistant (MDR) bacterial infections. Combination therapy of different antibiotics or antibiotic with nonantibiotic adjuvant is a potential solution. However, the clinical efficacy of the antibiotic combinations remains unclear, and their effects on development of antibiotic resistance are still unknown. Recently, we developed antimicrobial guanidinium-functionalized polycarbonates which exhibited strong in vivo antimicrobial activity and high selectivity (therapeutic index for A. baumannii infection: ED50/LD50=1473). More importantly, the polymers induced no drug resistance even after repeated treatment, which is probably due to the unique membrane lytic and membrane translocation action mechanisms of the poly(guanidiniums). Interestingly, the RNA-seq results further revealed that poly(guanidiniums) and antibiotic exerted opposite effects on regulation of ~78% common gene shared by bacteria treated with polymer and antibiotic, respectively. Inspired by these interesting findings, we propose combining antimicrobial poly(guanidiniums) and antibiotics to increase antibiotic uptake in bacteria with purpose of enhancing antibacterial activity and mitigation of antibiotic resistance. Our preliminary results indeed confirmed that poly(guanidiniums) have synergistic antimicrobial effect with four common antibiotics against MDR A. baumannii. In particular, the minimum inhibitory concentration of antibiotic rifampicin was reduced by ~2000 fold when it was combined with poly(guanidiniums). Further systematic investigation will be carried out to study in vitro and in vivo synergistic effects as well as action mechanism of antimicrobial poly(guanidiniums) and antibiotics against MDR Gram-negative bacteria, and to explore whether this combination can mitigate antibiotic resistance. We aim to provide a novel and effective antimicrobial polymer/antibiotic combination therapy for treatment of MDR infections.
单一抗生素疗法已不足以应对大量涌现的多重耐药菌,多抗生素或抗生素/非抗生素组合疗法是极具研究前景的解决方案,但抗生素组合对耐药菌的临床功效及其对耐药性影响仍然存疑。申请人与合作团队近期研发了兼具优异杀菌性能和低毒性的胍基修饰可降解高分子(治疗指数高达1473),且其不会导致耐药性(Nature Communication,2018)。研究还发现高分子和抗生素对两者分别处理过的耐药菌有着相反的基因表达调控。受上述研究启发,我们提出高分子/抗生素组合疗法,以提高抗生素的摄入而增强抗生素对耐药菌的抗菌能力,并同时抑制细菌耐药性的产生和进化。预实验结果表明高分子可与四种抗生素产生协同抗菌效应,其中抗生素利福平的最低抑菌浓度可降低高达~2000倍。因此我们拟系统研究胍基修饰的抗菌高分子/抗生素组合对耐药菌的协同效应及其成因,并探索其对耐药性的抑制作用,以期为耐药菌感染提供一个全新有效的治疗方案。

结项摘要

细菌的抗生素耐药性导致单一抗生素疗法已不能有效治疗许多由耐药菌导致的感染疾病。本项目通过将胍基功能化的碳酸酯(pEt_20)与抗生素进行联合用药,实现增强抗生素抗菌活性并逆转多重耐药性革兰氏阴性菌的耐药表型的目的。本研究团队首先通过有机催化开环聚合的方法成功合成了pEt_20。抗菌测试结果表明大分子pEt_20能够显著降低多种不同类型的抗生素(包括阿奇霉素、庆大霉素、亚胺培南、四环素、多粘菌素等)对多重耐药性革兰氏阴性菌(鲍曼不动杆菌)的最低抑菌浓度(MIC),使其从耐药范围降到敏感范围。pEt_20不仅能够提高传统抗生素对耐药菌的抗菌活性,而且还能够极大程度地提高抗肺结核药物利福平和抗风湿类药物金诺芬这两种原本并不用于治疗革兰氏阴性菌感染的药物的抗菌功能。研究表明在与pEt_20联用后,这两种药物的MIC均降低高达511倍。此外,pEt_20与利福平药物组合不仅对利福平耐药菌具有优异的抗菌作用,而且相对于利福平单独用药更不容易导致细菌的耐药性。更为重要的是,研究团队进一步利用多重耐药性鲍曼不动杆菌引起的小鼠血液感染模型证明了这种联合疗法在体内的有效性。pEt_20和利福平这一组合疗法极大程度地提高感染小鼠的生存率并降低了血液内的细菌浓度。本项目同时对高分子的协同抗耐药菌机制进行了探索,研究发现pEt_20能够在不破坏细菌细胞膜的情况下与胞内的蛋白质和核酸结合,并在与利福平药物联用后显著提升菌内的活性氧水平。这可能是pEt_20与多种抗菌药物产生协同抗耐药菌作用的重要原因。此外,体外和体内实验均表明pEt_20与利福平联用具有较好的生物安全性,其在有效杀菌浓度的剂量下并不会产生系统毒性。该工作有望为多重耐药性革兰氏阴性菌感染提供了新的治疗思路。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Cell Membrane-engineered Hybrid Soft Nanocomposites for Biomedical Applications
用于生物医学应用的细胞膜工程混合软纳米复合材料
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry B
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Li Yuzhen;Gan Yingying;Li Chengnan;Yang Yi Yan;Yuan Peiyan;Ding Xin
  • 通讯作者:
    Ding Xin
Bacterial Outer Membrane-Coated Mesoporous Silica Nanoparticles for Targeted Delivery of Antibiotic Rifampicin against Gram-Negative Bacterial Infection In Vivo
细菌外膜包被的介孔二氧化硅纳米颗粒用于靶向递送抗生素利福平对抗体内革兰氏阴性细菌感染
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Advanced Functional Materials
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Shuang Wu;Yi Huang;Jiachang Yan;Yuzhen Li;Jinfeng Wang;Yi Yan Yang;Peiyan Yuan;Xin Ding
  • 通讯作者:
    Xin Ding
Recent advances in hydrogel-based anti-infective coatings
水凝胶抗感染涂层的最新进展
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2020.12.070
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Materials Science & Technology
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Fu Mengjing;Liang Yijing;Lv Xue;Li Chengnan;Yang Yi Yan;Yuan Peiyan;Ding Xin
  • 通讯作者:
    Ding Xin
A Macromolecule Reversing Antibiotic Resistance Phenotype and Repurposing Drugs as Potent Antibiotics
逆转抗生素耐药表型的大分子并将药物重新用作有效的抗生素
  • DOI:
    10.1002/advs.202001374
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Science
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Ding Xin;Yang Chuan;Wilfried Moreira;Peiyan Yuan;Balamurugan Periaswamy;Paola Florez de Sessions;Huimin Zhao;Jeremy Tan;Ashlynn Lee;Kai Xun Ong;Nathaniel Park;Zhen Chang Liang;James L. Hedrick;Yi Yan Yang
  • 通讯作者:
    Yi Yan Yang
Fight bacteria with bacteria: Bacterial membrane vesicles as vaccines an delivery nanocarriers against bacterial infections
以细菌对抗细菌:细菌膜囊泡作为疫苗和对抗细菌感染的纳米载体
  • DOI:
    10.1016/j.nano.2021.102398
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Gan Yingying;Li Chengnan;Peng Xinran;Wu Shuang;Li Yuzhen;Tan Jeremy P. K.;Yang Yi Yan;Yuan Peiyan;Ding Xin
  • 通讯作者:
    Ding Xin

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其他文献

考虑车体刚柔耦合振动的高速铁路轨道不平顺敏感波长研究
  • DOI:
    10.1371/journal.pgen.1004931
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
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  • 作者:
    姜培斌;凌亮;丁鑫;王开云;翟婉明
  • 通讯作者:
    翟婉明
超声热疗的现状与应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    科技导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    菅喜岐;丁鑫
  • 通讯作者:
    丁鑫
热带水库消落区植物群落物种组成与结构特征——以海南松涛水库为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    湖泊科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁扬;姜百惠;丁鑫;杨帆;孙涛
  • 通讯作者:
    孙涛
基于时间反转法的相控换能器声场的仿真研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    应用声学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩珍珍;丁鑫;罗明艳;菅喜岐
  • 通讯作者:
    菅喜岐
颗粒煤岩破裂过程声发射与电荷感应试验
  • DOI:
    10.13225/j.cnki.jccs.2014.1176
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖晓春;丁鑫;潘一山;王学滨;徐军;罗浩;赵鑫
  • 通讯作者:
    赵鑫

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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