六個阻止抗生素耐藥性的好想法

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世界正進入抗生素對感染不起作用的時代。我們現在正在嚴重濫用抗生素——這一情況導致細菌不斷進化,發展出對藥物的耐藥性。

這種現象一般被稱為耐藥性,它已經成為21世紀人類面臨的最大挑戰之一。

該問題舉足輕重。好消息是全世界的很多政府、組織、創新者和科學家都在研究如何走出這一困境。以下是應對抗生素耐藥性的一些方法。

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Image caption 作為非常緊迫的公共醫療衛生問題之一,抗生素的耐藥性通常指藥物殺死了敏感的細菌,但是有耐藥性的細菌存活下來並大量繁殖(圖片來源:Getty Images)

用細菌來對抗細菌

如果藥物不起作用,為什麼不以毒攻毒?

一些新的生物科技公司正希望利用對人類微生物群系日益加深的認識:利用這些生活在人體內能增強免疫系統對人健康有益微生物,來阻止感染,調節新陳代謝。這些公司有望研製出針對超級細菌(有耐藥性的感染)的新型藥物。預期在2050年之前,死於超級細菌感染的人會超過因癌症死亡的人數。

位於馬薩諸塞州劍橋(Cambridge, Massachusetts)的Vedanta生物科技公司正在基於一個新的觀點開發藥品。他們認為很多細菌造成感染是因為患者濫用抗生素導致他們體內的微生物群系匱乏。Vedanta公司在全球展開對微生物群系的研究,希望找到合適的細菌並製作成藥品——一種可以吞咽的口服液,進入消化道從而激發人體免疫反應。

"微生物群系療法是一種亟需的抗生素替代療法。重要的一點是尋找新方法,一方面不容易引起耐藥性,另一方面又不會破壞人體的微生物群系,增加再感染的可能性,"Vedanta的首席執行官貝爾納特·奧列(Bernat Olle)說。

不過,值得一提的是,科學家還尚未充分了解人體的微生物群系。但是對微生物群系運作方式的研究正在以較快的速度發展。Vedanta公司至少有兩種藥物已經接近臨牀試驗階段。如果它們能夠奏效,這就能改變對抗細菌感染的局面。

部署微型半導體

位於博爾德(Boulder)的科羅拉多大學的研究人員正在開發量子點(quantum dots),用來捕獲太陽能以製造燃料。量子點是什麼?它是微小的半導體晶體——手機和計算機的生產會用到這種材料。("微小"並不足以形容它的尺寸。按照參與該項目的加州大學的研究員普拉桑特·納格帕爾(Prashant Nagpal)說法:"一個量子點之於一根頭髮的直徑,相當於一個街區之於地球的直徑")

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Image caption 如圖所示,量子點有助於癌症成像研究,但是它們也可用於攻擊對抗生素有耐藥性的超級細菌(圖片來源:Science Photo Library)

阿奴希瑞·查特吉(Anushree Chattetrjee)是納格帕爾的同事,他正在研究關於抗生素治療的新療法。納格帕爾探究了感光性量子點是否有可能用於對抗超級細菌。研究的成果是一種能夠選擇性針對細菌的新型量子點。

"這可能意味著無處不在的量子點一旦成為成熟的療法,就能夠用光線激活,在不殺死哺乳類動物細胞的情況下消除人或動物的感染,"納格帕爾說。量子點在激活以後能夠產生合適數量的物質,毒死細菌,但對宿主的細胞沒有傷害。

在細胞培養環境下對量子點的測試發現它們對健康的人體細胞沒有影響。要激活這種量子點只需要室內光照或陽光就足夠(較嚴重的感染需要LED燈的直射)

理論上說,這種量子點的療效非常強大,它的劑量是傳統藥物的一百萬分之一。

量子點的製造方法簡單,成本低廉,如果把使用範圍擴大到全球,一份量子點的成本可能不到幾美分。

"我們在科羅拉多的一家醫院獲取臨牀細菌進行測試,通過一些光照加上微量藥品就可以治療一些非常嚴重的超級細菌感染,"納格帕爾說,"當然,我們還需要進行大量的臨牀前試驗和臨牀試驗,才能對患者使用量子點療法。不過,初步研究表明它的前景非常好。"

能消除感染的聚合物

抗生素可能不是對抗超級細菌的唯一答案。墨爾本大學的研究人員發現了一種極為不同尋常的殺菌方法。

15年前,他們開發了一種星形聚合物(鏈式分子),用來增加汽車噴漆和發動機油的粘度。現在,他們發現一旦將其調整,用於生物學用途,這種聚合物就會產生一些讓人感興趣的能力。當科學家研究這種聚合物傳遞抗癌藥物的時候,他們意識到某個名為Snapp(納米結構抗微生物肽聚合物)的聚合物對細菌有毒性。

它有多種殺死細菌的方法,其中之一是侵入細胞壁,扯出脂質層,從而撕裂細菌的細胞壁。

研究者認為,如果資金到位,他們就可能在五年內開始人體試驗。"我們的星形聚合物是一個工程流程,很容易規模化。它的成本並不高。最慢的一步可能會是監管部門的審批,"化學工程師格雷格.喬(Greg Qiao)說。他所在的墨爾本大學工程學院(Melbourne School of Engineering)的實驗室正在負責這項工作。

走出實驗室,合作共贏

在醫學界乃至整個科學界,一個很大的問題是研究人員並不會與醫生直接合作解決醫療問題。這就意味著他們會錯過只有通過與患者直接合作才能獲取的關鍵數據。

在位於喬治亞州的埃默裏大學(Emory University)的抗生素抗藥性研究中心(Antibiotic Resistance Center),臨牀人員和科研人員正在合作,加深對抗藥性診斷和治療的認識。"我不是醫生。我需要向臨牀人員了解他們在前線的所見所聞,指導我們的研究盡可能符合實際情況,"該中心的主管大衛·魏斯(David Weiss)說。

到目前為止,這項合作最大的結果之一就是開發出一套新的診斷測試,幫助醫生發現是哪種細菌造成了耐藥性,導致抗生素對患者不起作用。基於這一成功模式,其他臨牀機構也開始建立同類的研究中心,讓研究人員和醫生一起合作,魏斯說。

在學術界和行業之間架設橋樑

世界亟需新的抗生素,但是近30年醫藥公司在新藥開發方面毫無建樹。一方面是因為藥品開發的成分非常高,另一方面是因為最終產品的利潤微薄。

為解決這一問題,位於費城的公共政策非營利機構皮尤慈善信託(Pew Charitable Trusts)建立了Spark平台(抗生素研究和知識共享平台)(Shared Platform for Antibiotic Research and Knowledge)。它是基於雲服務的抗生素研究數據和分析的虛擬圖書館,科學家可以利用它來合作和探索。"類似的數據共享資源已經成功催生針對癌症、被忽視的熱帶疾病以及結核病等領域的藥品開發。"皮尤慈善信託抗生素耐藥性項目主管凱茜·托金頓(Kathy Talkington)說,"我們希望Spark平台能夠找到方法殺死有抗生素耐藥性的細菌。我們希望在明年年內公開研究成果,並開放給全世界的研究者使用。"

他們希望讓不同學科的科學家展開合作,開發探索抗生素的新方法。讓學術界和醫療業展開合作有可能讓抗生素新藥開發久旱逢甘霖。

美國疾病管制與預防中心也建立了自己的網絡以應對這一問題。具體是2016年建立的抗生素耐藥性實驗室網絡(Antibiotic Resistance Lab Network)。它增強了組織檢測抗生素耐藥性的能力——不論它是出現在醫療業、食品業還是其他社會環境下。

它在全美戰略部署實驗室,追蹤耐藥性趨勢,與醫院、醫生、科研機構共享數據,開發診斷測試和新療法。除了這些核心實驗室之外,美國疾病管制與預防中心在50個州的實驗室還獲得額外的資金,對一系列有抗生素耐藥性的細菌進行基因測試。

這是一項全國層面的工作,集中知識和團隊合作的力量,對抗日益加深的抗生素耐藥性危機。

"抗生素耐藥性實驗室網絡提高了對新的耐藥性威脅的檢測和識別能力。"抗生素戰略和協調部的科學組負責人讓•帕特爾(Jean Patel)說,"這個網絡內的實驗室正專注於具體的細菌測試,為停止耐藥性感染的擴散提供重要信息。"

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Image caption MRSA這種細菌有可能導致感染,並且對大多數抗生素有耐藥性;然而一些菌株會被萬古霉素殺死(圖片來源:Science Photo Library)

增強現有抗生素的威力

最後,還有一種名為"萬古霉素"的抗生素已經使用了至少60年。它被認為是最後的辦法,只有在萬不得已時才會使用,因為此前它都沒有出現針對它的耐藥性。

近些年來,有人發現這種藥也出現了耐藥性。為了應對這一情況,科學家嘗試重新改造這一抗生素,通過改變其結構,增強藥力和藥效。到目前為止已經有了三種改良版萬古霉素。最近的兩種是加利福尼亞州拉霍亞(La Jolla)Scripps研究所的戴爾·博爾格(Dale Bolger)帶領的團隊研製。他們為這種抗生素增加了新的殺死細菌的機制。

"每一種改良的抗生素都提高了藥力,並且改善了針對耐藥性的持久力,"博爾格說。新菌株形成耐藥性所需的時間要長很多。僅第一種改良版"就可以在臨牀環境下堅持50年。如果細菌形成耐藥性,還有另外兩種殺菌機制,耐藥性就無法延續下去,"目前他的團隊正在簡化新版本抗生素的製造流程。

但是,博爾格說這項工作"讓人激動"。因為最終將有一張可靠的最後的王牌讓細菌難以產生耐藥性,從而拯救很多人的生命。

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