革蘭氏陰性細菌通常具有兩層細胞膜結構，其中，外膜（OM）是一種不對稱結構，其由脂多糖（LPS）基細胞外小葉（extracellular leaflet）和內磷脂小葉（phospholipid leaflet）組成。由于外膜屏障的存在，納米顆粒甚至大多數小分子都無法穿過外膜（OM）以在細菌內進行聚集，這大大限制了抗菌劑發揮殺菌作用。

針對這一問題，天津大學吳水林教授和河北工業大學劉想梅教授等人報告了一種普適抗菌策略，可使窄譜（只能有效殺死革蘭氏陽性細菌）的藤黃（Garcinia）納米顆粒也能高效清除革蘭氏陰性菌。在該策略中，通過微波作用可在細菌外膜上創造瞬時納米孔，從而誘導藥物進入并殺死細菌。研究利用分子動力學模擬和實驗，闡釋了藤黃納米顆粒強大的抗大腸桿菌（革蘭氏陰性）作用歸因于藤黃納米顆粒自身和微波的協同作用。這項工作提出了使用中草藥納米顆粒和微波輔助方法作為有效殺菌策略，有望為治療革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌共感染炎癥提供新的思路。相關工作以“Microwave assisted antibacterial action of Garcinia nanoparticles on Gram-negative bacteria”為題發表在Nature Communications。

【文章要點】

一般來說，當暴露在微波中時，材料上的偶極子會試圖與交變電場重新對齊，從而可能會導致材料結構紊亂，同時能量以熱的形式通過極性分子摩擦行為損失耗散。這種微波熱效應和非熱效應統稱為MV效應。而對于OM來說，其組成成分LPS和磷脂酶均為代表性的極性分子。因此，基于MV效應有望通過微波和OM之間的強相互作用來松動OM結構，從而促進藥物進入。根據在大腸桿菌的外膜上進行分子動力學模擬，研究發現MV效應可導致OM結構的逐漸松動和解離，以及OM組分分子鏈的自聚集，從而在OM結構上形成了直徑約為5納米的納米孔 ，最終有助于納米藥物的胞內遞送（圖1）。

圖1 藤黃納米顆粒在微波/無微波輔助下的抗菌性能

以藤黃納米顆粒作為模型抗菌劑，研究發現由微波產生的外膜納米孔可誘導藤黃納米顆粒滲透細菌。穿過外膜后，藤黃納米顆粒可對內膜進行去極化，并與MV熱效應協同導致細菌胞內物質的泄露，最終造成大腸桿菌死亡（圖2）。在體外實驗中，15分鐘微波輻照可使藤黃納米顆粒對大腸桿菌的抗菌效率從6.73%提升到99.48%。而在體內實驗中，微波輔助的藤黃納米顆粒可有效治療小鼠細菌性肺炎。

圖2 藤黃納米顆粒與微波協同殺傷大腸桿菌