综述：纳米技术支持的噬菌体疗法为有效管理细菌感染开辟了新的前景

噬菌体疗法通过纳米技术增强稳定性、靶向递送及协同抗菌效果，有效应对耐药菌挑战，但需解决标准化、安全性及监管问题。

穆罕默德·巴巴尔·马卢克 | 穆纳扎·伊贾兹 | 赵嘉毅 | 黄学芳 | 特穆尔·艾哈迈德 | 阿尔哈桑·阿尔拉法伊 | 穆罕默德·诺曼 | 侯梅拉·拉尼 | 李斌

中国农业与农村事务部水稻生物学与育种国家重点实验室；作物病原体和昆虫害虫分子生物学重点实验室；浙江省作物病原体和昆虫害虫生物学与生态调控重点实验室；浙江大学生物技术研究所；中国杭州310058

摘要

细菌感染仍然是一个全球性的公共卫生挑战，而抗菌素耐药性（AMR）的惊人增长加剧了这一问题，使得传统抗生素越来越无效。作为应对措施，噬菌体疗法重新成为抗生素的可行替代方案，利用噬菌体自然地靶向和裂解特定细菌病原体的能力。然而，噬菌体疗法面临多种挑战，如噬菌体稳定性、靶向递送和细菌耐药性，这些限制了其临床应用。纳米技术的最新进展为通过精确的纳米工程改造噬菌体以增强其治疗特性提供了突破性解决方案。本文探讨了纳米技术工具和产品与噬菌体疗法的整合，重点介绍了基于纳米材料的封装、功能化、提高稳定性、精确递送以及抑制毒理学暴露等创新策略。此外，纳米技术还促进了受控释放、延长循环时间和与动态噬菌体疗法的协同作用。本文还分析了标准化、可扩展性、免疫原性和噬菌体疗法监管障碍等挑战，并展望了未来开发生物相容性载体的发展方向。通过克服这些障碍，基于纳米技术的噬菌体疗法有望改善多重耐药细菌的治疗，提供一种更精准、更具适应性和可持续的方法来应对日益严重的AMR威胁。

引言

抗菌素耐药性（AMR）的日益严重的问题对全球公共卫生构成了严重威胁，促使人们加大了对替代疗法的研究，例如将噬菌体作为传统抗生素的潜在替代品或补充品（Kushwaha等人，2023；Muteeb等人，2023）。噬菌体疗法最初在20世纪初被引入，由于噬菌体具有天然的抗菌特性，但在抗生素广泛使用期间一度被忽视（Hesse和Adhya，2019；Ribes-Martínez等人，2024）。尽管具有潜力，但由于噬菌体效力、稳定性、靶向递送和免疫原性问题，其广泛应用受到阻碍（Pal等人，2024）。纳米技术因其独特的热学、磁学和光学表面特性而具有变革潜力，因此将其与噬菌体疗法结合已成为近年来的重要研究前沿（Jiang等人，2022；Kaur等人，2021）。基于纳米技术的噬菌体疗法通过原子或分子层面的调控，增强了噬菌体的杀菌效力、稳定性和靶向特异性（Bittner等人，2013；Chuang等人，2022）。

纳米技术的最新创新促进了基于纳米颗粒（NPs）的策略发展，包括聚合物NPs、脂质体和金属基NMs，用于封装和捕获特定噬菌体成分，从而提高其靶向递送效果，进而提升治疗效果（Belkhedkar和Ubale，2016；Wang等人，2024a；Wang等人，2022a）。例如，研究人员发现封装可以增强噬菌体对环境压力的稳定性，同时提高生物利用度，确保靶向细菌递送，并调节释放动力学以实现可控和持续的治疗效果（Jończyk-Matysiak等人，2019；Saral-Acarca等人，2023）。另一种关键方法是通过纳米材料对噬菌体进行功能化，以改善细菌靶向性，促进生物膜穿透，从而增强抗菌潜力（Peng等人，2020）。此外，这种方法还可以通过稳定噬菌体、指定靶点和控制纳米材料释放来应对噬菌体耐药性问题，类似于细菌对抗生素的耐药机制。通过整合纳米材料，可以改造噬菌体以调节细菌防御机制，即使面对耐药菌株也能保持其效力，因为纳米材料的较小尺寸增强了穿透能力，从而扩大了其治疗潜力（Gordillo Altamirano和Barr，2019；Huang等人，2024；Makabenta等人，2021；Zhang等人，2013）。

在最近的一项研究中，Wang等人（2022b）描述了将量子点（QDs）连接到噬菌体上（QD@Phage），这种创新的纳米系统能够实现精确的细菌靶向，同时保持噬菌体的感染性并增强抗菌活性和抑制复制。这一双重作用平台对浮游和生物膜中的铜绿假单胞菌显示出超过99%的抗菌效果，显示出其在下一代抗菌疗法中的潜力。类似地，另一种创新策略是将噬菌体与光动力灭活（PDI）活性聚集诱导发光剂（AIEgens）结合，以提高细菌靶向性、成像和协同抗菌效果。噬菌体提供宿主特异性识别，而AIEgens在白光下作为光敏剂生成活性氧（ROS），提供了一种精确有效的基于噬菌体的光动力方法用于细菌检测和治疗（Zhang等人，2024a）。虽然之前的综述已经讨论了基于纳米技术的噬菌体疗法的各个方面，但本文提供了对工程纳米材料（ENMs）-噬菌体协同作用、递送策略和临床前进展的全面分析。它提出了一个新框架，以解决稳定性、可扩展性和安全性方面的挑战，并为对抗抗生素耐药性感染的临床转化指明了方向。

本文批判性地审视了基于纳米技术的噬菌体疗法的最新进展，特别强调了基于纳米的重新设计、后续应用和机制协同作用，以实现最大的杀菌效果。同时，还评估了多种ENMs-噬菌体结合物、递送策略和临床前进展，并解决了稳定性、可扩展性和安全性方面的挑战。最后，本文还探讨了未来的发展方向，包括组合方法和监管途径，以推进对抗抗生素耐药性感染的临床转化。

噬菌体疗法的历史和原理

首先，Ernest Hanbury Hankin报告了恒河和亚穆纳河中存在对抗霍乱的抗菌物质。1915年，Frederick Twort发现了一种类似病毒的物质可以杀死细菌，并提出了两种假设：（i）可能是细菌产生的酶；（ii）是细菌生命周期中的一个阶段。然而，在20世纪初，Felix d'Herelle明确地将噬菌体识别为吃细菌的生物（Summers，2012）。不过，尽管如此

纳米技术在噬菌体疗法中的应用：一种协同方法

纳米材料，尤其是金属纳米颗粒（NPs），通过功能化的NPs实现了先进的细菌检测，这些NPs作为识别元件（酶、适配体、抗体、DNA和噬菌体）的载体，促进目标特异性相互作用，从而通过电化学响应、颜色变化、质谱分析、聚集或表面等离子体共振等方式产生可检测的信号（Chen等人，2017；Fathi等人，2019），详见表1。此外，等离子体纳米颗粒的功能化

基于金属的纳米颗粒

基于金属的纳米颗粒通过多种机制有效对抗耐药细菌并抑制耐药性的发展，为传统抗生素提供了有希望的替代品（Slavin等人，2017；Ananda等人，2019）。因此，可以合成或将金属纳米颗粒与噬菌体结合，以提高其整体效率。例如，使用来自Podoviridae家族的罕见噬菌体（如C3形态型7–11噬菌体）合成金纳米颗粒（AuNPs）

噬菌体在纳米材料递送中的作用

噬菌体具有高表面负载能力和基因工程适应性，可以通过共价键合、物理吸附等策略与纳米载体结合，以提高噬菌体的传输效率（Dykman和Khlebtsov，2014）。例如，Zhao等人（2024）证明，在E. coli BL21（DE3）中异源表达的RBP和细胞壁结合域可以与ENMs结合，创建靶向抗菌递送系统

基于纳米技术的噬菌体疗法的挑战与机遇

尽管抗生素耐药性和病原体的快速发展是一个普遍现象，需要更可持续的替代疗法，这促使噬菌体疗法重新受到关注；然而，几个挑战阻碍了其广泛应用和临床转化（Chuang等人，2022）。其中一个主要障碍是缺乏标准的噬菌体与纳米材料功能化协议，这可能导致变异性和效果降低

结论与未来展望

将纳米技术与噬菌体疗法结合为对抗抗菌素耐药性开辟了新的途径，为解决噬菌体稳定性、递送和效力等长期存在的挑战提供了创新解决方案。通过利用基于脂质的载体、金属纳米颗粒和碳基结构等纳米材料，研究人员能够提高噬菌体的靶向精度、生物膜穿透能力和控制释放动力学，同时保持其稳定性和持久性

写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本工作时，作者使用了ChatGPT来改进语言和可读性。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。

未引用的参考文献

Ali等人，2023a

Liu等人，2022a

Wang等人，2020a

Zhang等人，2024b

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究部分得到了国家自然科学基金（编号32372614和32572912）、浙江省自然科学基金（编号LZ24C140004）、浙江省“三农九方”科技计划项目（编号2025SNJF027）和杭州市科技发展计划项目（编号20231203A05）以及农业产品质量与安全生物和化学威胁管理国家重点实验室（编号2021DG700024-KF202508）的支持。