细菌检测新策略：巨噬细胞膜包裹的磁捕获器用于尿路感染快速诊断

细菌性感染对全球人类健康构成了严重威胁，据世界卫生组织统计，每年有数百万人因细菌性感染而患病甚至死亡。传统的细菌检测方法，如平板培养，耗时长达数小时甚至数天，无法满足临床快速诊断的需求。基于核酸的检测方法，如聚合酶链式反应（PCR），虽然能缩短检测时间，但仍需复杂的样本预处理和专业设备。因此，研发快速、简便的细菌检测工具尤为重要，而且仍然非常迫切。

近期，南京大学生命科学学院李根喜教授课题组与南京市妇幼保健院贾雪梅教授、季晨博副教授课题组合作，制备了一种激活的巨噬细胞膜包裹的磁性硅纳米颗粒（aM-MSNPs），进而提出了一种新的细菌检测方法，实现了对细菌快速、简便而灵敏的检测（图1）。这一创新方法模拟了免疫细胞对病原体的天然识别，一方面，aM-MSNPs利用细胞膜上蛋白，表现出对多种病原体的广谱识别能力，打破了对特定识别元件的选择限制。另一方面，通过结合原位催化的酪胺信号放大反应，实现了对特定细菌的裸眼检测，极大地提升了裸眼检测的灵敏度。

图1 aM-MSNPs的构建及其用于细菌比色分析的示意图。图片来源：ACS Applied Materials & Interfaces

研究团队首先以大肠杆菌（E. coli）作为模型靶标开展研究，结果表明，无需专业仪器和技术人员，借助他们所研制的aM-MSNPs可实现对10至10⁸ CFU/mL细菌浓度范围内的比色检测。随后，他们将aM-MSNPs用于尿路感染（UTI）的诊断，裸眼检测结果与临床诊断一致。该工作提出的“广谱性捕获、特异性检测”策略为细菌感染的鉴定提供了新的思路，并有望在未知病原体分析中发挥重要作用。

aM-MSNPs的设计与制备是本研究工作的关键，因此研究团队对aM-MSNPs的制备过程进行了表征。如图2所示，激光扫描共聚焦图像、流式细胞术和RT-PCR结果均表明，经脂多糖（LPS）处理后，巨噬细胞被成功激活，其膜上Toll样受体（TLR2、TLR4）表达上调。随后，提取出的细胞膜经共挤出方法包裹在磁性硅纳米颗粒表面，实验结果表明，aM-MSNPs成功保留了细胞膜上蛋白，并且能够对外界磁场作出快速响应。

图2 aM-MSNPs的制备及表征。图片来源：ACS Applied Materials & Interfaces

aM-MSNPs的核心优势在于其三重功能：（1）作为识别元件，具有捕获多种病原体的能力；（2）作为信号放大器，利用酪胺介导的生物素沉积，增强了对特定细菌的比色检测，检测限低至10 CFU/mL；（3）在外部磁场作用下，能够实现对病原体的快速富集和分离，对于UTI等细菌性感染的即时诊断具有重要意义。如图3所示，研究团队通过一系列病原体捕获实验对aM-MSNPs的广谱捕获能力进行了评估，并证实了其优越的捕获性能。

图3 aM-MSNPs的捕获性能。图片来源：ACS Applied Materials & Interfaces

如图4所示，研究团队对aM-MSNPs在UTI诊断中的应用进行了验证。检测结果表明，利用裸眼即可区分出阳性样本，而且与临床诊断一致。该方法因摆脱对技术人员和专业设备的依赖，在资源有限的诊断环境中具有极高的适应性。

图4 aM-MSNPs的比色检测性能分析。图片来源：ACS Applied Materials & Interfaces

相关工作以“Magnetic Nanoagent Coated with an Activated Macrophage Membrane for Colorimetric Detection of Bacteria”为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces（DOI：10.1021/acsami.4c00802），南京大学博士研究生曾余静为论文第一作者，李根喜教授、贾雪梅教授与季晨博副教授与为论文的共同通讯作者。该项工作得到了中央高校基本科研基金的支持。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c00802