馮夢蝶(綜述)　曾韋錕,2△(審校)

(1昆明理工大學醫(yī)學院醫(yī)學微生物學教研室　昆明　650500;2昆明學院醫(yī)學院臨床檢驗教研室　昆明　650214)

抗菌藥物跨生物膜傳遞方式的研究進展

馮夢蝶1(綜述)曾韋錕1,2△(審校)

(1昆明理工大學醫(yī)學院醫(yī)學微生物學教研室昆明650500;2昆明學院醫(yī)學院臨床檢驗教研室昆明650214)

【摘要】生物膜是指單一或混合微生物附著于生物或者合成的表面具有一定組織結構的微生物聚集體,其組成成分包括微生物自身及其分泌的多糖基質、纖維蛋白及脂質蛋白。生物膜除了能夠幫助細菌耐受多種環(huán)境壓力,例如紫外線、噬菌體等,更為重要的是它能夠阻礙抗生素進入和擴散,是病原菌耐藥性形成的重要機制之一。因此,在治療病原體感染的過程中,選擇一種有效的抗菌藥物是必要的,但對于形成生物膜的微生物如何將抗菌藥物有效地傳遞至生物膜從而徹底治愈成膜病原菌感染是至關重要的,所以本文就抗菌藥物傳遞至生物膜的運輸方式進行綜述。

【關鍵詞】抗菌藥物;生物膜;藥物傳遞方式

生物膜是指附著于表面具有一定組織結構的微生物聚集體。生物膜的組成包括微生物自身及其分泌的多糖基質、纖維蛋白及脂質蛋白。生物膜依附的表面包括肺組織、心臟瓣膜、骨骼、傷口和醫(yī)療設備等[1]。在微生物的生命活動中,促使生物膜形成有4個主要的原因[2]:(1)抵抗外界不利環(huán)境;(2)在富營養(yǎng)環(huán)境中優(yōu)先生存;(3)有利于群體之間的相互聯(lián)系;(4)對于某些微生物而言,生物膜的形成是一種正常的增殖過程。一旦微生物大量形成生物膜,即使是使用高效的抗生素,也很難根除[3]。生物膜不僅能夠改變單個微生物基因表達和生理特性,并且還具有獨特的結構、生物化學和微環(huán)境,它能夠阻礙抗生素的進入和擴散,從而耐受高濃度的抗生素。臨床統(tǒng)計表明,大約80%的細菌感染與生物膜相關,在臨床生物膜已成為病原菌耐藥性形成的重要機制之一,加大了治療難度,傳統(tǒng)的抗生素治療生物膜感染經常會由于根治不了生物膜導致再次感染[4]。所以,要想根治細菌感染,如何將抗菌藥進行有效地傳遞至生物膜才是關鍵。

許多潛在有價值的治療藥物由于其較差的生物制藥屬性使它們的使用受到限制,藥物的毒性、溶解度、生物分布和穩(wěn)定性可能會影響積累以及藥物在體內的活性,而藥物傳遞系統(tǒng)可以增強藥物的性能、改善靶標(抗體)以及應對周圍環(huán)境刺激(pH和溫度)和其他物理特性(大小、離子強度、溶解度和降解),從而有利于藥物靶向治療[5]。跨生物膜傳遞系統(tǒng)主要通過藥物傳遞物質表面的改性增加抗菌藥物的吸附能力、藥物傳遞系統(tǒng)攜帶藥物的可控逐步釋放提高藥物的利用率、增加生物膜微環(huán)境的滲透壓直接穿透生物膜和抑制生物膜形成相關蛋白的合成[6]等過程幫助藥物傳遞至生物膜,殺死生物膜病原菌,治愈病原菌感染。本文針對抗菌藥物跨生物膜傳遞系統(tǒng)進行分述。

脂質藥物運載系統(tǒng)脂質藥物運載系統(tǒng)(lipid-based drug delivery systems,LBDDS)是一種新型技術,能夠減少藥物的毒性并改變藥物的生物分布遠離敏感器官,同時能夠提高水溶性藥物的可溶性而提高藥物可用率[7]。關于LBDDS種類有很多種,其中脂質體、固體脂質納米顆粒和微乳液與生物膜具有很強的相似相溶性,故而廣泛地用于抗菌藥物生物膜傳遞系統(tǒng)中。

脂質體脂質體是自組裝的脂質雙分子層,水合時形成球形囊泡,由各種各樣的磷酸、類脂以及甾醇、糖脂、膜蛋白和親水性聚合物組成[8]。在脂質雙層中加入特定細胞具有選擇性與親和性的配體,利用細胞受體和配體之間特異性識別作用實現靶向釋放藥物。

脂質載體實現跨生物膜傳遞的機制是脂質體成分不同,陰陽離子脂質體成分不同對形成生物膜的微生物的吸附能力不同,吸附力強,吸附的脂質體多,攜帶的抗菌藥物就多,對生物膜的殺傷力大,從而具有更好的抗菌效果。研究證明脂質體成分是影響其吸附于混合生物膜細菌的主要因素[9]。攜帶疏水性殺菌劑三氯生的陽離子脂質體和陰離子脂質體分別與檸檬酸鋅顆粒結合形成的固體脂質體對生物膜中口腔鏈球菌的吸附是有很大差異的,主要原因是因為陰離子脂質體制劑與口腔鏈球菌的吸附是羥基靜電引力和氫鍵相關靜電排斥力之間的平衡,而陽離子脂質體制劑與菌相互作用僅僅決定于靜電引力[10]。

Robinson等[11]發(fā)現由雙肉豆蔻磷脂酰膽堿(dimyristoylphosphatidylcholine,DMPC)、膽固醇和雙十八烷基二甲基溴化銨(dimethyldioctade-cylammonium bromide,DDAB)組成的陽離子脂質體和含有雙肉豆蔻磷脂酰膽堿和磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)成分的陰離子脂質體獨立吸附于生物膜中的細菌,并且陰離子脂質體的吸附程度比陽離子脂質體小。脂質體裝載有靶向殺菌劑三氯生作用于口腔生物膜中的微生物如血鏈球菌和唾液鏈球菌時,陰離子脂質體對血鏈球菌殺菌最有效。

Drulis-Kawa等[12]在體外銅綠假單胞菌藥物傳遞研究中制備了不同陰陽離子組分比例的脂質體,結果發(fā)現這些脂質體制劑不僅能增加藥物的穩(wěn)定性和防止藥物的泄露,而且能降低銅綠假單胞菌的最小抑制劑量。這與Robinson研究相似,陽離子脂質體更能有效地吸附于細菌生物膜。此外,Alhajlan等[13]將脂質體作用于肺部纖維化患者的銅綠假單胞菌菌株,發(fā)現攜帶有克拉霉素的脂質體將銅綠假單胞菌的最小抑制劑量從256 mg/L降低至8 mg/L,并且細菌生長形成生物膜的能力下降了3～4倍,同時脂質體包裹的藥物對肺上皮細胞A549模型的毒性明顯降低。

固體脂質納米顆粒固體脂質納米顆粒(solid lipid nanoparticles,SLN)是指由天然或合成高分子材料制成的粒徑在50～1 000 nm的固體膠體微粒,替代藥物傳遞系統(tǒng)的乳劑和納米聚合顆粒[14]。SLN由固體脂質(如脂肪酸、三酰甘油)、乳化劑(如卵磷脂)和水組成,其毒性最小,不會引起排斥作用和無有機溶劑的殘留[15],通常含親水性或親脂性表面活性劑,因此常用于生物利用率差的親脂性藥物口服傳遞。目前,固體脂質納米顆粒已廣泛用于臨床,其中以Arikace TM為典型代表，其是一種脂質納米膠囊包裹著阿米卡星新劑型[16]。蒙大拿州立大學生物膜工程的研究者們通過穿透假單胞菌生物膜的微觀可視模型,評判Arikace TM穿透細菌生物膜的能力[17],發(fā)現銅綠假單胞菌菌落CF患者肺部形成凝膠樣生物膜,在采用高效抗生素時很難清除細菌達到理想治療效果,而Arikace TM能夠穿透生物膜,將藥物跨膜運輸至生物膜內部,清除銅綠假單胞菌,明顯增強了治療效果。

微乳液微乳液(microemulsion,ME)是由油相、水相和表面活性劑及助表面活性劑組成的光學上均一、熱力學及動力學穩(wěn)定的體系,按結構可分為水包油(O/W)型、油包水(W/O)型和雙連續(xù)型微乳[18]。用微乳液作為藥物傳遞載體的優(yōu)勢在于:(1)可以提高藥物的增容量，不管是水溶性還是脂溶性藥物,在微乳液中的增容量要比在油和水溶解度之和還要高出很多;(2)藥物在微乳液中避免與外界接觸,提高藥物的穩(wěn)定性,降低藥物的毒性;(3)藥物在微乳液中保持與外界的濃度差,確保了藥物持續(xù)釋放,提高藥物的生物利用度[19]。Al-Adham等[20]利用15%吐溫80、6%戊醇、3%油酸乙酯和水組成的微乳液來研究抗生素對銅綠假單胞菌生物膜的功效,結果顯示形成生物膜的銅綠假單胞菌顯著減少,表明了微乳液作為抗菌藥傳遞系統(tǒng)治療生物膜細菌效果明顯。Paula等[21]研究了由大豆油、Triton X-100乳化的三正丁基磷酸酯水包油型納米微乳液(BCTP)和以吐溫80為乳化劑、正戊醇為共乳化劑的油酸乙酯微乳液(TEOP)與鼠傷寒沙門氏菌、大腸埃希菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌和單核李斯特菌生物膜之間的作用,證實了BCTP和TEOP均能有效抑制5種細菌的生長,且對細菌的生物膜具有高效清除能力,但是對單核李斯特菌生物膜卻沒有明顯作用。

高分子聚合物運載系統(tǒng)高分子聚合物運載系統(tǒng)是指將聚合物和抗菌藥物通過共價鍵結合制備的高分子藥物前體,具有提高藥物穩(wěn)定、賦予藥物靶向性、提高藥物水溶性和減少不良反應等,并長期用于醫(yī)療制藥行業(yè)中[22]。目前,用于治療生物膜微生物的高分子聚合物傳遞系統(tǒng)主要包括納米顆粒、智能聚合物和樹枝狀大分子聚合物3類。

納米顆粒納米顆粒的聚合物作為藥物遞送載體具有高度吸引力是由于它們的高結構完整性,在儲存過程中的穩(wěn)定性,易于制備和官能化以及具有控制釋放的能力。同樣地,脂質-聚合物混合納米顆粒保留了聚合物納米顆粒的優(yōu)點,同時脂質增強了生物相容性和延長循環(huán)時間[23]。Cheow等[24]研究了攜帶氟喹諾酮抗生素的脂質-聚合物混合納米顆粒對生物膜銅綠假單胞菌和浮游銅綠假單胞菌的效果。結果表明,雖然脂質的涂層成分沒有提高納米顆粒對生物膜銅綠假單胞菌的吸附能力,但混合納米粒子對成膜銅綠假單胞菌比浮游細菌具有明顯的抑菌效果。Chisato等[25]使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(field emission scanning electron microscopy,FE-SEM)成功地將可生物降解的聚合物納米顆粒對形成生物膜表皮葡萄球菌的抗菌特性可視化,并比較了多聚乳酸-共-乙醇酸[poly(DLlactide-co-glycolide), PLGA]、脫乙醇殼多糖(chitosan,CS)改性的PLGA和脫乙醇殼多糖改性的PLGA攜帶克拉霉素(clarithromycin,CAM)3種可生物降解納米顆粒對生物膜細菌的抗菌效果,發(fā)現CS-改性的PLGA攜帶CAM具有較高的生物膜抗菌能力。Aida等[26]將PLGA納米顆粒裝載環(huán)丙沙星并用DNase I官能化使得該納米顆粒不僅能以受控制的方式釋放環(huán)丙沙星,而且能降解穩(wěn)定生物膜基質的胞外DNA,從而使生物膜降解。

控制口腔病原菌中生物膜的是具有挑戰(zhàn)性的,洗必泰(chlorhexidine,CHX)是牙科廣泛使用的一種抗微生物劑。Chaminda等[27]使用二氧化硅納米顆粒包封CHX并評估了其對口腔生物膜的作用。50～200 μg/mL包封CHX納米顆粒表現出對多種單個細菌和單種生物膜強效的抗菌作用,如變形鏈球菌、遠緣鏈球菌、有核梭桿菌和放線桿菌等。此外,納米顆粒通過修飾可以實現pH受控釋放。最近,Benjamin等[28]利用二甲氨基-2-乙基甲基丙烯酸酯[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate,DMAEMA]、甲基丙烯酸丁酯(butyl methacrylate,BMA)和2-丙基丙烯酸(2-propylacrylic acid,PAA)嵌段聚合物自組裝成直徑為20 nm的陽離子納米顆粒,通過載有疏水性抗菌藥物金合歡醇作用于口腔生物膜。生物膜微環(huán)境酸化條件下生物膜毒力能夠導致齲齒的產生,金合歡醇的釋放是pH依賴性的,在pH4.5時釋放能夠有效地降低生物膜的毒力從而減少齲齒的產生,并且金合歡醇納米顆粒清除生物膜的能力比自由金合歡醇提高了2倍多。金合歡醇納米顆粒結合臨床相關局部治療方案能夠有效地降低嚙齒動物齲齒病模型體內生物膜的毒力,降低生物膜的數量和齲齒程度。

智能聚合物智能聚合物是一類對于外界微小的物理和化學刺激,自身某些物理和化學性質會發(fā)生相應改變的聚合物。據文獻報道,智能聚合物可以用于游離細菌和生物膜細菌抗菌藥物傳遞系統(tǒng)。Ruiz等[29]利用非交聯(lián)型聚丙烯接枝-聚丙烯酸(polypropylene-grafted-polyacrylic acid,PP-g-PAAc)智能聚合物作為萬古霉素傳遞載體研究其對耐氧甲西林金黃色葡萄球菌生物膜形成的抑制作用,結果表明PP-g-PAAc顯著抑制耐西林金黃色葡萄球菌生物膜的形成。Schaer等[30]提出疏水性智能聚合物陽離子覆蓋在不銹鋼醫(yī)療設備的表面,能夠最大限度地減少細菌生物膜的形成和相關感染。此外,Anderson等[31]研究表明,2-羥乙基甲基丙烯酸酯交聯(lián)形成的水凝膠聚合物,表面有改性的十八烷基異氰酸酯,攜帶諾氟沙星作為模型藥物。通過這些水凝膠不僅可以實現藥物的近乎零級釋放,而且諾氟沙星的抗微生物活性足以根除醫(yī)學植入物表面單個或生物膜形式的表皮葡萄球菌。

樹枝狀大分子聚合物樹枝狀大分子是一類能夠攜帶兩個疏水和親水實體的具有高度支化、三維、單分散的高分子化合物[32]。其結構一般由4部分組成:引發(fā)核心、空間空隙、分支點以及表面基團。樹枝狀的合成是通過一層接著一層的結構迭代形成的,用“代”數表示[33]。樹枝狀聚合物的藥物遞送可以通過高度支化封閉的空間空隙或通過終端表面基團進行修飾后,將抗菌藥物靶向引導功能的物質連接在上面,這些發(fā)散的功能基團使得它們適用于各種藥物傳遞,包括口服、經皮、眼、肺及目標或受控釋放,從而使樹枝狀大分子聚合物在生物醫(yī)藥方面的研究顯現出巨大潛力[34]。甲酰肽凝集素(LecB)是銅綠假單胞菌生物膜形成所必需;Johansson等[35]利用LecB配體高親和α-C-巖藻糖基團多肽樹枝狀聚合物能完全抑制銅綠假單胞菌生物膜的形成并能誘導幾株臨床銅綠假單胞菌株生物膜的完全分散從而有利于銅綠假單胞菌感染的治療。Reymond等[36]發(fā)現糖肽樹枝狀聚合物能結合于銅綠假單胞菌凝集素LecB和LecA,這些凝集素與生物膜形成的抗生素抗性相關。LecB特定的糖肽樹枝狀聚合物FD2、D-FD2和LecA特定的糖肽樹枝狀聚合物GalAG2和GalBG2,能有效阻斷體外綠膿桿菌生物膜形成和誘導生物膜分散。

一氧化氮(NO)具有廣譜抗菌作用,基于NO的藥物具有廣闊的前景。NO釋放樹枝狀聚合物表現出比NO更有效的殺菌作用并且有較高的載量。Lu等[37]將NO與聚酰氨基胺樹枝狀大分子[primary amine-functionalized poly(amido amine), PAMAM]結合成兩親性NO-釋放聚酰胺-胺型樹枝狀大分子,使之達到1.0 μmol/mg的總載量,通過變化不同的側鏈調節(jié)兩親性樹枝狀大分子的疏水性,可在對哺乳動物細胞影響最小的情況下根除細菌生物膜。最近,Brittany等[38]合成了各種大小的NO-釋放烷基鏈改性的PAMAM,NO有效載量為1.0 μmol/mg。評價了這些樹枝狀大分子對革蘭陰性菌和陽性菌細菌生物膜包括耐藥菌株的殺菌效果,發(fā)現這些樹枝狀大分子的抗生物膜作用依賴于樹枝狀聚合物樹枝狀的代數、細菌的革蘭類型和烷基鏈的長度。最有效地清除生物膜發(fā)生在抗菌劑高效地滲透到生物膜,增加NO濃度能有效穿透生物膜顯著增強樹枝狀聚合物的抗生物膜活性。

無機藥物傳遞系統(tǒng)隨著無機化學和分子生物學的發(fā)展,人們從細胞及分子層次上認識到金屬離子在生物體內的重要作用。據報道,目前針對生物膜細菌無機藥物傳遞系統(tǒng)主要為金屬及金屬納米粒子,其中包括銀、金、銅、鋅及鐵鹽等,其中銀和鐵鹽廣泛用于跨生物膜藥物傳遞。

眾所周知,銀具有很強的抗菌性,尤其是經常報道的金屬銀、磺胺嘧啶銀、銀沸石和銀納米顆粒物。銀在生物膜治療中尤為重要,對革蘭陰性和革蘭陽性菌、真菌等均有抗菌作用[39];銀離子除了能與DNA和RNA結合阻斷細菌的復制和修復外還能和蛋白質、細菌核膜相互作用導致功能紊亂[40]。銀納米粒子本身具有抗菌作用,影響細菌的生物吸附和生物膜的結構。Mohantry等[41]在研究中證實,增加銀納米粒子的濃度能夠抑制細菌合成胞外多糖形成生物膜。Radzig等[42]研究發(fā)現,銀納米顆粒對革蘭陰性菌單個細菌和生物膜細菌有顯著的抗菌作用,直徑為8.3 nm并由水解酪肽穩(wěn)定化的銀納米顆粒在濃度4～5、10和10～20μg/mL分別抑制大腸埃希菌AB1157、銅綠假單胞菌PAO1和變形斑沙雷菌94生物膜的形成。

在各式各樣的鐵鹽中,尤其是枸櫞酸鐵銨,能夠抑制銅綠假單胞菌生物膜的形成,并能夠破壞成熟的生物膜。Musk等[43]提到高價的鐵能夠破壞從CF患者痰液中分離銅綠假單胞菌的生物膜及其形成生物膜相關組分。Subbiahdoss等[44]運用超順磁性氧化鐵納米粒(superparamagnetic iron oxide nanoparticles,SPIONs)治療生物膜相關的感染,SPIONs利用外部磁場靶向到感染部位,引起生物膜的深層滲透可有效地殺滅耐藥菌株,利用羧基接枝的SPIONs將磁力集中在生物膜,能夠顯著抑制抗慶大霉素金黃色葡萄球菌正在形成的生物膜。

展望微生物生物膜由于其物理組成、結構以及復雜的群體效應形成一個特殊的微生物環(huán)境,給用藥帶來巨大的困難。隨著生物醫(yī)學的發(fā)展,給藥系統(tǒng)也得到長足的發(fā)展,但是其中對生物膜細菌治療效果未達到預期效果,而臨床研究表明,病原菌感染80%是由生物膜引起的。本文就能夠作用于形成生物膜的微生物及成熟生物膜的藥物傳遞系統(tǒng)進行總結,其中脂質體和高分子聚合物能夠將抗菌藥物傳遞至生物膜起到殺菌和破壞生物膜的效果,而金屬及金屬納米粒子不需要附加抗菌藥物就可發(fā)揮抑菌作用并阻斷細菌的群體效應破壞生物膜。目前研究藥物傳遞系統(tǒng)嚴峻的問題就是會帶來毒性作用和不良反應,隨著生物膜潛在遺傳及分子機制的逐漸闡明,將給藥物傳遞系統(tǒng)提供新的思路，結合新型抗菌藥物的不斷研發(fā),使臨床上有效治療生物膜感染治療成為可能。

參考文獻

[1]DE LA FUENTE-NUNEZ C,REFFUVEILLE F,FERNANDEZ L,etal.Bacterial biofilm development as a multicellular adaptation:antibiotic resistance and new therapeutic strategies[J].CurrOpinMicrobiol,2013,16(5):580-589.

[2]TAYLOR PK,YEUNG ATY,HANCOCK REW.Antibiotic resistance in Pseudomonas aeruginosa biofilms:Towards the development of novel anti-biofilm therapies[J].JBiotechnol,2014,191:121-130.

[3]BAE H,CHUNG YC,YANG H,etal.Assessment of bacterial community structure in nitrifying biofilm under inorganic carbon-sufficient and-limited conditions[J].JEnvironSciHealthtA-Tox/HazardSubstEnvironEng,2015,50(2):201-212.

[4]RAMAGE G,CULSHAW S,JONES B,etal.Are we any closer to beating the biofilm:novel methods of biofilm control[J].CurrOpinInfectDis,2010,23(6):560-566.

[5]MARTIN C,LOW WL,GUPTA A,etal.Strategies for antimicrobial drug delivery to biofilm[J].CurrPharmDesign,2015,21(1):43-66.

[6]SMITH AW.Biofilms and antibiotic therapy:is there a role for combating bacterial resistance by the use of novel drug delivery systems?[J]AdvDrugDelivRev,2005,57(10):1539-1550.

[7]TAMILVANAN S,VENKATESHAN N,LUDWIG A.The potential of lipid-and polymer-based drug delivery carriers for eradicating biofilm consortia on device-related nosocomial infections[J].JControlRelease,2008,128(1):2-22.

[8]PURI A.Phototriggerable liposomes:current research and future perspectives[J].Pharmaceutics,2013,6(1):1-25.

[9]SCOTT MJ,JONES MN.The interaction of phospholipid liposomes with zinc citrate particles:a microcalorimetric investigation[J].ColloSurAPhysicoEngAsp,2001,182(1-3):247-256.

[10]CATUOGNO C,JONES MN.The antibacterial properties of solid supported liposomes on Streptococcus oralis biofilms[J].IntJPharm,2003,257(1-2):125-140.

[11]ROBINSON AM,BANNISTER M,CREETH JE,etal.The interaction of phospholipid liposomes with mixed bacterial biofilms and their use in the delivery of bactericide[J].ColloSurAPhysicoEngAsp,2001,186(1-2):43-53.

[12]DRUIS-KAWA Z,DOROTKIEWICZ-JACH A,GUBERNATOR J,etal.The interaction between Pseudomonas aeruginosa cells and cationic PC:Chol:DOTAP liposomal vesicles versus outer-membrane structure and envelope properties of bacterial cell[J].IntJPharm,2009,367(1-2):211-219.

[13]ALHAJLAN M,ALHARIRI M,OMRI A.Efficacy and safety of liposomal clarithromycin and its effect on pseudomonas aeruginosa virulence factors[J].AntiAgeChemo,2013,57(6):2694-2704.

[14]MEHNERT W,MADER K.Solid lipid nanoparticles Production,characterization and applications[J].AdvDrugDelivRev,2012,64:83-101.

[15]CAVALLI R,GASCO MR,CHETONI P,etal.Solid lipid nanoparticles (SLN) as ocular delivery system for tobramycin[J].IntJPharm,2002,238(1-2):241-245.

[16]EHSAN Z,WETZEL JD,CLANCY JP.Nebulized liposomal amikacin for the treatment of Pseudomonas aeruginosa infection in cystic fibrosis patients[J].ExpertOpinInvDrug,2014,23(5):743-749.

[17]MEERS P,NEVILLE M,MALININ V,etal.Biofilm penetration,triggered release andinvivoactivity of inhaled liposomal amikacin in chronic Pseudomonas aeruginosa lung infections[J].JAntiChemo,2008,61(4):859-868.

[18]LAWRENCE MJ,REES GD.Microemulsion-based media as novel drug delivery systems[J].AdvDrugDeliRev,2012,64:175-193.

[19]KOGAN A,GARTI N.Microemulsions as transdermal drug delivery vehicles[J].AdvColloidInterfaceSci,2006,123-126:369-385.

[20]AL-ADHAM ISI,AL-HMOUD ND,KHALIL E,etal.Microemulsions are highly effective anti-biofilm agents[J].LettApplMicrobiol,2003,36(2):97-100.

[21]TEIXEIRA PC,LEITE GM,DOMINGUES RJ,etal.Antimicrobial effects of a microemulsion and a nanoemulsion on enteric and other pathogens and biofilms[J].InterJFoodMicrobiol,2007,118(1):15-19.

[22]ENSIGN LM,CONE R,HANES J.Oral drug delivery with polymeric nanoparticles:The gastrointestinal mucus barriers[J].AdvDrugDelivRev,2012,64(6):557-570.

[23]FORIER K,RAEMDONCK K,DE SMEDT SC,etal.Lipid and polymer nanoparticles for drug delivery to bacterial biofilms[J].JControlRelease,2014,190:607-23.

[24]CHEOW WS,HADINOTO K.Lipid-polymer hybrid nanoparticles with rhamnolipid-triggered release capabilities as anti-biofilm drug delivery vehicles[J].Particuology,2012,10(3):327-333.

[25]TAKAHASHI C,OGAWA N,KAWASHIMA Y,etal.Observation of antibacterial effect of biodegradable polymeric nanoparticles on Staphylococcus epidermidis biofilm using FE-SEM with an ionic liquid[J].Microscopy,2015,64(3):169-180.

[26]BAELO A,LEVATO R,JULIAN E,etal.Disassembling bacterial extracellular matrix with DNase-coated nanoparticles to enhance antibiotic delivery in biofilm infections[J].JControlRelease,2015,209:150-158.

[27]SENEVIRATNE CJ,LEUNG KCF,WONG CH,etal.Nanoparticle-Encapsulated Chlorhexidine against Oral Bacterial Biofilms[J].PLosOne,2014,9(8):e103234.

[28]HOREV B,KLEIN MI,HWANG G,etal.pH-activated nanoparticles for controlled topical delivery of farnesol to disrupt oral biofilm virulence[J].AcsNano,2015,9(3):2390-2404.

[29]RUIZ J-C,ALVAREZ-LORENZO C,TABOADA P,etal.Polypropylene grafted with smart polymers (PNIPAAm/PAAc) for loading and controlled release of vancomycin[J].EuroJPharmBiopharma,2008,70(2):467-477.

[30]SCHAER TP,STEWART S,HSU BB,etal.Hydrophobic polycationic coatings that inhibit biofilms and support bone healing during infection[J].Biomaterials,2012,33(5):1245-1254.

[31]ANDERSON EM,NOBLE ML,GARTY S,etal.Sustained release of antibiotic from poly(2-hydroxyethyl methacrylate) to prevent blinding infections after cataract surgery[J].Biomaterials,2009,30(29):5675-5681.

[32]RAMALINGAM K,FROHLICH NC,LEE VA.Effect of nanoemulsion on dental unit waterline biofilm[J].JDenSci,2013,8(3):333-336.

[33]CASTONGUAY A,LADD E,VAN DE VEN TGM,etal.Dendrimers as bactericides[J].NewJChemi,2012,36(2):199-204.

[34]CAMINADE AM,YAN DY,SMITH DK.Dendrimers and hyperbranched polymers[J].ChemiSociRev,2015,44(12):3870-3873.

[35]JOHANSSON EMV,CRUSZ SA,KOLOMIETS E,etal.Inhibition and dispersion of pseudomonas aeruginosa biofilms by glycopeptide dendrimers targeting the fucose-specific lectin lecB[J].ChemiBiol,2008,15(12):1249-1257.

[36]REYMOND JL,BERGMANN M,DARBRE T.Glycopeptide dendrimers as pseudomonas aeruginosa biofilm inhibitors[J].ChemSocRev,2013,42(11):4814-4822.

[37]LU Y,SLOMBERG DL,SHAH A,etal.Nitric oxide-releasing amphiphilic poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers as antibacterial agents[J].Biomacromolecules,2013,14(10):3589-3598.

[38]WORLEY BV,SCHILLY KM,SCHOENFISCH MH.Anti-biofilm efficacy of dual-action nitric oxide-releasing alkyl chain modified poly(amidoamine) dendrimers[J].MolePharma,2015,12(5):1573-1583.

[39]RAI M,YADAV A,GADE A.Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials[J].BiotechnolAdv,2009,27(1):76-83.

[40]RAVINDRAN A,CHANDRAN P,KHAN S.Biofunctionalized silver nanoparticles:Advances and prospects[J].CollSurBiointer,2013,105:342-352.

[41]MOHANTY S,MISHRA S,JENA P,etal.An investigation on the antibacterial,cytotoxic,and antibiofilm efficacy of starch-stabilized silver nanoparticles[J].Nanomed-NanotechnolBiolMed,2012,8(6):916-924.

[42]RADZIG MA,NADTOCHENKO VA,KOKSHAROVA OA,etal.Antibacterial effects of silver nanoparticles on gram-negative bacteria:Influence on the growth and biofilms formation,mechanisms of action[J].CollSurBiointer,2013,102:300-306.

[43]MUSK DJ,BANKO DA,HERGENROTHER PJ.Iron salts perturb biofilm formation and disrupt existing biofilms of pseudomonas aeruginosa[J].ChemiBiol,2005,12(7):789-796.

[44]SUBBIANDOSS G,SHARIFI S,GRIJPMA DW,etal.Magnetic targeting of surface-modified superparamagnetic iron oxide nanoparticles yields antibacterial efficacy against biofilms of gentamicin-resistant staphylococci[J].ActaBiomaterialia,2012,8(6):2047-2055.

Process of strategies for antimicrobial agent delivery to biofilm

FENG Meng-die1, ZENG Wei-kun1，2△

(1DepartmentofMedicalMicrobiology,MedicalFacultyofKunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650500,YunnanProvince,China;2DepartmentofClinicalLaboratory,MedicalFaculty,KunmingUniversity,Kunming650214,YunnanProvince,China)

【Abstract】Biofilm,a certain organizational structure,is formed by the attachment of single or mixed microbial communities to a variety of biological and/or synthetic surfaces.It contains microbes themselves and the secretion of polysaccharide matrix,fiber protein, and proteolipid proteins.In addition to help the bacteria resistant to a variety of environmental stresses,such as ultraviolet rays,bacteriophages and so on,more importantly,biofilm can block antibiotics access and diffuse to bacteria,which is one of the important mechanisms of pathogen resistance formation.In the course of pathogens treatment,it is necessary to select an effective antimicrobial agent,but for the forming biofilm pathogens,it is essential to deliver antimicrobial drugs effectively to biofilm for complete cure.In this article,strategies for antimicrobial drug delivery to biofilm are reviewed.

【Key words】antimicrobial agents;biofilm;drug delivery strategies

【中圖分類號】R915

【文獻標識碼】B

doi:10.3969/j.issn.1672-8467.2016.03.022

(收稿日期:2015-07-15;編輯:王蔚)

國家自然科學基金(31160193);云南省教育廳科學研究基金重點項目(2015Z168)

△Corresponding authorE-mail:zengweikun@gmail.com

*This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (31160193) and the Key Projects of Scientific Research Foundtion of Yunnan Educational Committee (2015Z168).