光如何将普通过氧化氢转化为MRSA治疗剂
BU engineers have invented a new blue light therapy that can kill MRSA without antibiotics
当我还是个孩子的时候，我的膝盖被各种各样的表面擦破了皮，从我们家的沥青车道，到操场上的木屑，再到镇上游泳池的混凝土甲板。我经常哭，不是因为摔倒本身，而是因为我知道任何深到流血的擦伤都会引起澳门威尼斯人注册网站的注意，让他们从药柜里拿出那瓶可怕的双氧水。哦，叮！
但现在，几十年后，我终于找到了欣赏过氧化氢的理由。事实证明，只要与蓝色LED灯或激光结合使用，它就足以杀死一种特别致命的耐抗生素细菌。
发明这项技术的波士顿大学工程学院的澳门威尼斯人注册网站研究人员表示，他们已经通过实验证明，它可以杀死99.9%的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，即MRSA。（甲氧西林是一种常见的抗生素。）在人类中，通常传播非常迅速的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌会导致皮肤和软组织感染以及危及生命的败血症。
发表在《高级科学》杂志上的论文的资深作者程吉欣（Ji-Xin Cheng）说，正是波士顿大学的一份CARB-X报告激发了他的生物光子学实验室的一些成员加入到对抗抗生素耐药性的斗争中来。生物光子学实验室致力于为生物和医学应用操纵光的特性。CARB-X报告表示,抗生素发展不能跟上发展的细菌,这需要非常规的方法,Cheng说,他是一个生物医学工程和电气和计算机工程教授。
“Can we use photons to deal with superbugs?他问他的团队。
Shining a light on superbugs
Cheng’s lab was most interested in tackling MRSA, since it’s difficult to treat and can cause deadly pneumonia infections and sepsis. 在美国，每年约有9万人感染耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，其中约2万人死亡。尽管MRSA可以在人们相互接触的任何地方茁壮成长——从超市到学校再到办公室——但它在医院和养老院尤其常见，那里的人们更有可能有手术切口和皮肤擦伤。Opportunistic MRSA infections often take root in small breaks in the skin, but because antibiotics aren’t very effective in treating them, can quickly spread throughout the body.
在仔细看看耐甲氧西林金黄色葡萄球菌在他们的实验室,程菲的团队发现耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的签名金黄色可以金票一个强大的新的治疗方法。
“黄金色素是金黄色葡萄球菌的普遍特征,”他说。当在显微镜下对金黄色葡萄球菌进行成像时，澳门威尼斯人注册网站研究小组注意到蓝光会在几秒钟内引起创伤性光漂白效应——破坏负责细胞金黄色的色素分子。“对于成像的目的,这是不好的,”Cheng说。“但我们想知道，如果它被漂白了，它还活着吗？”
当MRSA的金色色素分子在蓝光下分解时，细胞膜上就会布满易受伤害的斑点，该澳门威尼斯人注册网站研究的第一作者董普婷（Pu-Ting Dong）说。澳门威尼斯人注册网站研究小组发现，蓝光足以破坏MRSA细胞的稳定性，杀死90%的细菌培养物。That sounds powerful, but for clinical applications, Dong says, 90 percent isn’t good enough. 事实上，在短短半小时内，澳门威尼斯人注册网站研究人员观察到MRSA能够恢复并开始再次繁殖。“MRSA grows back very quickly, so to be effective,” Dong says, “we need to kill 99.9 percent of bacteria.”
什么能杀死最后那10%的MRSA细胞呢？过氧化氢是一种能破坏活细胞的强氧化剂。
A “photon” finish for MRSA
通常情况下，MRSA和其他类型的细胞能够通过细胞膜的防御抵御过氧化氢的浸泡。但在蓝光光疗后，MRSA的膜会暂时布满小孔。When hydrogen peroxide is delivered in combination with blue light, it’s able to flood the insides of MRSA cells and cause them to biologically implode, eradicating 99.9 percent of bacteria.
“Antibiotics alone cannot effectively get inside MRSA cells,” Cheng says. “但是光子可以穿透细胞，”给了过氧化氢造成破坏的机会。
也许最有希望的是蓝光光疗不会影响身体的健康细胞，所以这项技术可以用来治疗MRSA感染，而不会伤害任何周围组织或皮肤。
虽然培养皿中的试验令人兴奋，但生物化学在活的有机体中总是有点不同。与普渡大学微生物学家和马萨诸塞州总医院威尔曼光电医学中心的澳门威尼斯人注册网站研究人员合作，该小组分析了该疗法在小鼠身上的有效性，并观察到蓝光加过氧化氢治疗能够加速感染MRSA的皮肤伤口的愈合。
从那时起，该团队取得了进一步的进展，发现脉冲激光治疗在杀死MRSA方面更有效。
“使用脉冲蓝色激光，我们可以显著缩短治疗时间，增加我们可以有效治疗的组织的深度，”程实验室的博士后澳门威尼斯人注册网站研究员、该论文的合著者慧杰（音译）说。“激光不会让人感到疼痛，也不会产生任何热感，非常适合临床应用。”
Now, Cheng’s lab is teaming up with David Negron, a foot surgeon at Boston Medical Center and instructor of surgery at BU School of Medicine, to develop a clinical trial evaluating the technique’s ability to treat patients with diabetic ulcers.
“糖尿病性皮肤溃疡是个大问题，”Cheng说。
糖尿病会导致高血糖，会损害人的血液循环和神经，使身体更难愈合伤口，尤其是那些位于下肢的伤口。Open wounds that can’t heal are highly susceptible to MRSA, and until now, there haven’t been any good options for treatment. 随着感染的发生，它会形成一层生物膜，一种粘稠的细菌积聚，变得更加难以治疗。
“如果我们能治疗糖尿病溃疡，那将改变人们的生活，”Cheng说。“As scientists, we don’t just want to publish papers, we also want to return the fruits of our work and research funding to society.”
董因在这项技术上的工作获得了国际光学与光子学学会（SPIE）转化澳门威尼斯人注册网站研究奖，她说，她个人感到“鼓舞和动力”来翻译这项技术，因为现在有一个明确的临床应用，“可以帮助人们治愈”。
Hui在团队中的工作也得到了认可；他获得了SPIE-Franz Hillenkamp博士后奖学金，这将支持他将光疗发展成一种工具，使MRSA对传统抗生素变得脆弱。
这项工作得到了凯克基金会科学与工程基金和波士顿大学启动基金的支持。
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