纳米硫化铁抗菌和清除生物膜的作用与机制研究

发布时间：2020-07-23 21:57

【摘要】：大量细菌集聚在人体表面及各腔道,其中相当大一部分不会对人体造成危害,甚至还对人体的正常生理活动具有正面作用。然而在机体免疫力下降,防御屏障受损,或遇近年来愈演愈烈的滥用抗生素现象,均会导致机体感染致病,治疗手段的不及时、不恰当或受到限制,均会引发相当严重的症状及并发症。尤其是抗生素的不恰当使用导致大量耐药菌的出现,使得细菌感染性疾病变得日渐棘手。人类开发新药的速度远不及耐药菌株产生的速度,且近年来关于“超级细菌”的相关报道层出不穷,更令开发具有强有效杀菌剂这一问题亟待有效解决方案。大蒜和洋葱是我们日常饮食中常见的两种蔬菜。根据近年来的报道,大蒜和洋葱提取物对心血管疾病有效,因为它们具有降胆固醇,降血脂,抗高血压,抗糖尿病,抗血栓形成和抗高同型半胱氨酸血症的作用,但在它们众多生物活性包括抗癌,抗突变,抗哮喘,免疫调节和益生元活动之中,最为经典和主要的还是抗菌抗氧化的功能。鉴于这些蔬菜和其中所含主要营养成分制成的衍生补充剂在日常饮食和治疗中的重要性,研究人员将它们所含各类化合物进行提取分离,并一一分析它们的生物活性,试图克服它们本身的不稳定性和易挥发性,开发稳定高效的抗菌药物。Fe3O4纳米酶(Ironoxidenanozyme,IONzyme)作为纳米酶中极具代表性的一种,以其高度稳定性、优秀的生物相容性、简便廉价的合成方式,已在免疫学检测及诊断、细菌感染防治、工业催化等方面展现出其巨大的应用前景。基于纳米酶的研究基础,本研究旨在探讨通过将几种大蒜素衍生出的有机硫化物转化为无机纳米硫化铁(nFeS),并评估纳米硫化铁在细菌感染的相关疾病治疗方面的潜能。因此,本文首先比较了几种大蒜素衍生物合成纳米硫化铁的形态、粒径、元素比例、过氧化物酶样活性等物理化学特性:其次,探究了纳米硫化铁对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌(其中也包含了耐药菌株)、真菌等的杀伤作用,并尝试性地分析了其作用机制;最后,对其生物安全性进行了评估,根据其特性将这种纳米硫化铁应用于口腔生物膜的防治和感染性伤口的治疗。研究内容主要分为以下三个部分:1、纳米硫化铁的制备及表征本文通过溶剂热合成法制备了不同硫来源的nFeS,通过扫描电子显微镜及透射电子显微镜对nFeS的结构和尺寸进行观察发现,相较于IONzymes的黑色球状均一颗粒,加入了含硫有机物形成的产物包含球形四氧化三铁纳米颗粒与六边形硫化铁薄片状的混合产物。随着投入含硫有机物的不同,二者混合的比例情况也会随之产生相应改变,在控制硫元素投入量守恒的情况下,二烯丙基二硫醚(Diallyl Disulfide,DADS)和二烯丙基三硫醚(Diallyl trisulfide,DATS)作为硫来源产生的纳米硫化铁(DADS-nFeS)中六边形纳米片偏多,而其它有机硫化物如烯丙基甲基硫醚(Diallyl sulfide,DAS)、二烯丙基硫醚(Allyl methyl sulfide,AMS)合成的产物则IONzyme含量较多。根据能谱仪得出的元素分析结果证实了DADS-nFeS和DATS-nFeS的硫元素含量更多。通过X射线衍射图谱、X射线光电子能谱对形状更为典型的DADS-nFeS进一步分析,证实其为多硫化物。2、DADS-nFeS对多种细菌杀伤作用的评估本文通过酶反应动力学活性检测发现,DADS-nFeS的过氧化物酶活性远好于IONzyme,同时也比AMS、DAS、DATS等合成的nFeS的酶活性高,并观察到与DADS投入量与DADS-nFeS的过氧化物酶活性呈正相关。随后以金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)为代表的革兰氏阳性菌与以大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)为代表的革兰氏阴性菌作为杀菌对象,DADS-nFeS均表现出优于其它硫来源的nFeS的抑菌效果。进一步对变异链球菌(Streptococcus mutans,S.mutans)、沙门氏菌(Salminella enteritidis,S.enteritidis)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,P.aeruginosa)、鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii,A.baumannii)都具有与同等硫元素含量的DADS相比显著而高效的抑菌效果。更突出的是,对于S.aureus中的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌株有高达3～4个log的杀伤效果。然而对于真菌,在此研究中选用的白色念珠菌(Candida albicans,C.albicans)则对DADS-nFeS 并不敏感。3、DADS-nFeS应用于生物膜的防治和感染性伤口的疗效评估针对它对S.mutans良好的抑制效果,本研究建立了口腔S.mutans生物膜模型来检验DADS-nFeS在防治龋齿方面的潜力,在干重、细菌存活率、扫描电子显微镜照片与共聚焦荧光显微镜图像中均展现了其优异的治疗效果。其次,针对它对A.baumannii的抑制效果,建立了模拟A.baumannii 粘附于医用植入物的生物膜模型,通过结晶紫染色实验检测出它同样有效的抑制生物膜生成的能力,拓展了 DADS-nFeS治疗顽固生物膜的应用范围。根据对P.aeruginosa的抑制作用,本研究中建立了P.aeruginosa感染的伤口模型,根据伤口在不同时间段的恢复情况和根据伤口大小定量计算其愈合率的结果显示DADS-nFeS具有促进感染性伤口愈合的能力。根据MTT评价结果显示DADS-nFeS对成纤维细胞表现出远胜于DADS的良好生物相容性。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R96
【图文】：

有机硫化合物,大蒜,途径,二硫化物

二烯丙基二硫化物（ＤＡＤＳ），二烯丙基三硫化物（ＤＡＴＳ），二烯丙基三硫化二烯（ＤＴＳ），逡逑甲基烯丙基二硫化物，甲基烯丙基硫化物乙烯基二硫化物和阿霍烯中和二氧化硫等等［１３］逡逑（图４）。这些化合物使得大蒜具备了它特有的气味和风味，也同样承载着大部分生物学特性逡逑＂４】。逡逑

化铁,图像,透射电子显微镜,扫描电子显微镜

３－１．纳米硫化铁的扫描电子显微镜图像．（八）１（＾：＾！１＾；（８）０八５－１＾６５；（（：）－ｎＦｅＳ邋；（Ｅ）ＤＡＤＳ－ｎＦｅＳ．纳米硫化铁的透射电子显微镜图像（Ｆ）ＭＮＰｓ邋；（Ｇ）Ｄ；（Ｉ）邋ＤＡＴＳ－ｎＦｅＳ邋；（Ｊ）ＤＡＤＳ－ｎＦｅＳ．逡逑ｅ邋１－３－１．邋Ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｎＦｅＳ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｂｙ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｓｙｍｅ邋；（Ｂ）ＤＡＳ－ｎＦｅＳ邋；（Ｃ）ＡＭＳ－ｎＦｅＳ邋；（Ｄ）邋ＤＡＴＳ－ｎＦｅＳ邋；（Ｅ）ＤＡＤＳ－ｎＦｅＳ．邋Ｔｒａｎｓｓｃｏｐｅ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｎＦｅＳ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｂｙ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｓｕｌｆｏｃｏｍｐｏｕｎｄｓ邋（Ｆ）邋ＩＯＮｚｙｍｅ；（；（Ｈ）ＡＭＳ－ｎＦｅＳ邋；（Ｉ）邋ＤＡＴＳ－ｎＦｅＳ邋；（Ｊ）ＤＡＤＳ－ｎＦｅＳ．逡逑

抑菌效果,情况,革兰氏阴性菌,浓度

邋＾邋＾邋＾邋＾邋＾／ｗ逦。。逡逑（ＤＡＳ．邋ＡＭＳ．邋ＤＡＴＳ，邋ＤＡＤＳ）合成ｎＦｅＳ对革兰氏阴性菌（较。逡逑ｈｉｂｉｔｉｏｎ邋ｔｏ邋ｇｒａｍ－ｐｏｓｉｔｉｖｅ邋（ａ）邋ａｎｄ邋ｇｒａｍ＾ｎｅｇｅｔｉｖｅ邋（ｂ）邋ｂａｃｔｅｒｉＦｅＳ．邋ＤＡＤＳ－ｎＦｅＳ．逡逑抑菌效果评估逡逑首先我们进一步确定了邋ＤＡＤＳ－ｎＦｅＳ抑菌效果与ｇ／ｍＬ之间，ＤＡＤＳ－ｎＦｅＳ的浓度越大抑菌效果

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