《Journal of Trace Elements in Medicine and Biology》：Antibacterial and Antibiofilm Effects of Boron-Based Nanomaterials: An Innovative Strategy Against
H. pylori
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硼基纳米材料BNQD和B/PVA FF对幽门螺杆菌抗菌及抗生物膜活性研究，发现B/PVA FF在高浓度下抑制效果更优，MIC值更低，且能有效阻断细菌增殖和生物膜形成。
埃利夫·阿伊丁（Elif AYDIN）、梅尔韦·阿金（Merve AKIN）、艾森努尔·阿伊贡（Aysenur AYGUN）、伊雷姆·阿尔斯兰特克（?rem ARSLANTüRK）、法提赫·森（Fatih SEN）
土耳其阿格利省阿格利易卜拉欣·切琴大学（A?r? ?brahim ?e?en University）医学院医学微生物学系
摘要
本研究评估了基于硼的纳米材料（BNQD和B/PVA FF）对幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）的抗菌和抗生物膜作用。与幽门螺杆菌相关的生物膜是抗生素耐药性的重要因素，同时也与胃癌等严重疾病有关。因此，对这些合成的纳米材料进行了抗生物膜和抗菌作用的评估。结果表明，BNQD的抑制效果取决于浓度，较低浓度时效果较差。然而，B/PVA FF在达到一定浓度阈值后能够稳定地抑制细菌生长和生物膜形成，在高浓度下可抑制高达49.42%的细菌生长；而BNQD的最大抗菌效果为31.29%。抗菌测试显示，BNQD和B/PVA FF均降低了幽门螺杆菌的存活率，其中B/PVA FF在最高浓度下使细菌存活率降低了50%以上，BNQD则降低了约35%。这些纳米材料能够干扰细菌的生物膜形成并阻止其增殖。最小抑制浓度（MIC）为B/PVA FF的125 μg/mL，而BNQD则需要250 μg/mL。通过重氮盐染色（resazurin）验证，在最低抑制浓度下两种纳米材料均具有抑制作用。在小浓度下，B/PVA FF对幽门螺杆菌的抑制效果优于BNQD。这些结果表明，基于硼的纳米材料可能是对抗幽门螺杆菌的有效抗生物膜和抗菌候选物质，但在临床应用前还需进一步研究其作用机制和细胞相容性。未来需要更多研究来探索其在胃癌并发症等领域的潜在治疗作用。
引言
幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）是一种革兰氏阴性、微需氧的螺旋形细菌，具有鞭毛，定植于人体胃部，是多种胃肠道疾病的主要致病菌。幽门螺杆菌是急性及慢性胃炎、消化性溃疡（影响10-20%的感染者）、胃腺癌（1-2%）和胃淋巴瘤（<1%）的主要原因。1994年，国际癌症研究机构将其列为1类致癌物，因为其与胃癌高度相关[4]。最新研究表明，幽门螺杆菌感染还与某些肠道外疾病有关，如免疫性血小板减少性紫癜、难治性缺铁性贫血和维生素B12缺乏[5, 6]。全球约有20亿人携带幽门螺杆菌，因此通常建议对其进行根除治疗[7]。然而，抗菌药物耐药性的增加是一个严峻挑战，这在发展中国家可能导致根除成功率降至80-90%[8]。尽管胃癌发病率有所下降，但它仍然是癌症死亡的第四大原因，根据GLOBOCAN 2020的数据，2020年仍有76.9万人因此死亡[9]。
根据马斯特里赫特共识， triple或quadruple疗法（结合抗生素和质子泵抑制剂）是治疗幽门螺杆菌的一线方案。近年来，幽门螺杆菌的抗菌药物耐药性（AMR）问题日益严重，尤其是对克拉霉素（CLR）的耐药率高达20%-50%。这种高耐药性导致幽门螺杆菌根除率从超过90%下降到80%以下，某些地区甚至低于65%[10]。
幽门螺杆菌的耐药性主要源于点突变。除了这些常规基因突变外，最新研究还指出，细菌形成的生物膜也加剧了其耐药性[11]。生物膜为细菌提供了保护，降低了传统抗生素的治疗效果。当细菌聚集并分泌胞外聚合物（EPS）时，就会形成生物膜结构，这会阻碍根除尝试。如果抗生素剂量不足或不足以抑制细菌生长，生物膜将无法完全清除，细菌可能会进一步扩散。由此可见，生物膜的形成对幽门螺杆菌的耐药性至关重要，因此需要制定更针对生物膜破坏的治疗策略以提高根除效果[12]。
基于硼的纳米材料因其独特的电子结构、较大的表面积以及适合表面功能化的化学特性，在抗菌和抗生物膜应用中受到关注。研究表明，含硼的纳米结构可通过静电和共价作用破坏细菌细胞壁，引发活性氧（ROS）的产生，并抑制细胞内代谢过程。此外，硼衍生物可通过抑制群体感应机制和削弱成熟生物膜结构来抑制生物膜的形成。当前研究显示，基于硼的复合物和纳米材料的表面化学性质对其抗菌效果至关重要，功能性基团和金属支撑的混合系统可显著增强抗生物膜性能[13, 14, 15]。这一机制表明，基于硼的纳米材料可能为对抗幽门螺杆菌提供有效的治疗策略，这种细菌可定植于胃黏膜并形成强固的生物膜。因此，系统评估基于硼的纳米材料的抗菌和抗生物膜特性对于开发新的、具有抗耐药性的治疗方法至关重要。此外，硼是一种类金属元素，也是骨骼健康、免疫系统调节、抗氧化酶分泌和癌症治疗所必需的微量元素。它具有优异的抗菌活性，并且由于其不可被细菌酶系统代谢，因此在其各种医疗应用（如乳膏和水凝胶）中使用时无需担心毒性[16, 17]。研究发现，硼纳米纤维可以阻止细菌感染引起的炎症。含有硼酸锌和苯硼酸的聚乳酸（PLA）基纳米纤维复合材料在锌位于纤维结构中时表现出抑菌和杀菌效果[18, 19]。此外，掺杂氮化硼（mBN）的聚vinyl alcohol（PVA）和聚丙烯酸（PAA）纳米纤维具有优异的机械强度、导热性（最高可达0.12 W/m·K，含1.0 wt% mBN）和抗菌性能[20]。鉴于日益严重的抗菌药物耐药性问题，本研究旨在探讨氮化硼量子点（BNQD）和负载生物银纳米颗粒（Ag NP）的纳米纤维的抗菌和抗生物膜效果，以增强对幽门螺杆菌的清除能力。
氮化硼量子点（BNQD）的合成
为了合成氮化硼量子点（BNQD），将0.5克硼酸完全溶解在乙醇和去离子水中（比例为2:1）。在另一个容器中，将0.97克尿素和氨混合在10毫升10%氨溶液中，然后将两种溶液混合。将所得混合物转移到热压锅中，在200°C下加热15小时。反应结束后，通过过滤和离心纯化溶液。使用FTIR、UV-Vis等手段对材料进行了表征。
BNQD的表征
FT-IR分析可用于确认样品中是否存在功能性基团和化学键。合成的BNQD的FT-IR光谱中，1325、1414和1549 cm?1处的吸收峰对应于B-N键的伸缩振动（图1a）。3000-3670 cm?1处的宽吸收峰对应于O-H和N-H键的伸缩振动。这些结果进一步证实了BNQD中存在B-N、O-H和N-H键[26, 27]。
讨论
研究表明，硼对多种微生物具有抗菌作用，包括粪肠球菌（Enterococcus faecalis）、化脓性链球菌（Streptococcus pyogenes）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、产气肠杆菌（Enterobacter aerogenes）、大肠杆菌（Escherichia coli）、奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）、热带念珠菌（Candida tropicalis）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、伯克霍尔德菌（Burkholderia cepacia）[36]、结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）以及耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）[37]。然而，其对幽门螺杆菌的影响尚未得到研究。
伦理声明
本研究仅涉及细菌菌株和体外实验程序，未涉及人类或动物实验，因此无需伦理批准。
作者贡献声明
埃利夫·阿伊丁（AYDIN EL?F）：负责撰写初稿、资料收集、方法设计、实验实施和数据分析。
艾森努尔·阿伊贡（Aysenur AYGUN）：负责撰写初稿、资料收集、方法设计、实验实施和数据分析。
梅尔韦·阿金（Merve AKIN）：负责撰写初稿、资料收集、方法设计、实验实施和数据分析。
法提赫·森（Fatih SEN）：负责撰写初稿、监督工作、资料收集、方法设计、实验实施和数据分析。
伊雷姆·阿尔斯兰特克（?rem ARSLANTüRK）：负责撰写初稿、资料收集、方法设计、实验实施和数据分析。
写作过程中使用的人工智能和辅助技术的声明
在撰写过程中，作者使用了ChatGPT-4o和DeepL进行翻译和语法校正。使用这些工具后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对出版物的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
