德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员正在研究使用全细胞疫苗来对抗尿路感染(UTI)，这是解决日益严重的耐抗生素细菌问题的努力的一部分。

生物科学助理教授Nicole De Nisco博士和化学与生物化学副教授Jeremiah Gassensmith博士最近展示了金属有机框架(MOFs)的使用，以包裹和灭活整个细菌细胞，创造一个“仓库”，让疫苗在体内持续更长时间。

9月21日在线发表在美国化学学会期刊ACS Nano上的研究结果表明，与标准的全细胞疫苗制备方法相比，这种方法在小鼠体内产生了大量的抗体，并显著提高了存活率。

“由于抗生素已经不起作用，疫苗作为复发性尿路感染的治疗途径正在被探索，”德尼斯科说。“为了挽救生命，患者正在失去膀胱，因为抗生素无法杀死细菌，或因为对抗生素极端过敏，这在老年人中比人们可能意识到的更常见。”

美国泌尿学协会估计，全世界每年发生1.5亿泌尿道感染，占医疗支出的60亿美元。如果不成功治疗，UTI可能导致败血症，这可能是致命的。

德尼斯科说，复发性尿路感染主要被认为是一个女性健康问题，尽管它很常见——尤其是在绝经后的女性中——但许多女性并不经常谈论它。

“随后的每一次感染都变得更加难以治疗，”德尼斯科说。“即使你清除了膀胱中的细菌，其他地方的细菌仍然存在，通常会对所使用的抗生素产生耐药性。当患者积累抗生素耐药性时，他们最终会别无选择。”

De Nisco对老年妇女尿路感染的进展和复发的持续探索得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)最近五年130万美元赠款(R01DK131267)的资助。

德尼斯科与加森史密斯的合作始于2018年底，当时她向一个校园安全规程委员会做了关于UTI微生物学的报告。

“之后，我们讨论了我的研究小组的想法，即通过将抗原保存在这个缓释库中，来制造更好的全细胞疫苗，”Gassensmith说。“当时，我们没有真正的模型来测试它，我认为UTI提供了一个非常好的机会。”

疫苗的工作原理是将少量杀死或削弱的致病细菌或它们的某些成分引入人体。这些抗原促使免疫系统产生对抗特定疾病的抗体。制造针对致病菌的疫苗本质上是困难的，因为细菌比病毒大得多，也复杂得多。选择用于制造抗原的生物成分一直是一项重大挑战。

因此，使用整个细胞比只选择细菌的一部分更好，Gassensmith说。

他说:“我们把整个厨房的水槽都扔向它们，因为这是你的身体在感染时通常看到的。”

然而，全细胞方法也有自己的问题。

“使用全细胞死亡细菌的疫苗没有成功，因为这些细胞通常不能在体内持续足够长的时间来产生长期、持久的免疫反应，”Gassensmith说。“这就是我们的MOF抗原库的原因:它允许一个完整的、死亡的病原体在组织中存在更长时间，就像它是一种感染一样，以触发全面的免疫系统反应。”

Gassensmith团队开发的金属-有机框架将单个细菌细胞封装并固定在晶体聚合物基质中，不仅能杀死细菌，还能在高温、潮湿和有机溶剂中保存和稳定死亡细胞。

在他们的实验中，研究人员使用了一种大肠杆菌。目前还没有针对这种细菌任何致病菌株的疫苗。在所有社区获得性尿路感染中，约80%由尿路致病性大肠杆菌引起。

“当我们给这些老鼠注射致命的细菌时，在它们接种疫苗后，几乎所有的动物都存活了下来，这比传统疫苗方法的表现要好得多，”Gassensmith说。“这个结果被重复了很多次，我们对它的可靠性印象深刻。”

尽管这种方法尚未在人体上进行测试，但德·尼斯科表示，它有可能帮助数百万患者。

“这项关于UTI的研究证明了全细胞疫苗在这种极端、致命的败血症模型中更有效，”De Nisco说。“证明这种方法对复发性UTI有效将是一个重大突破。”

除了复发性尿路感染或尿路脓毒症，研究人员认为抗原储存法可以广泛应用于细菌性感染，包括心内膜炎和肺结核。

“我们正在努力将这种方法转化为结核病，这是一种非常不同的有机体，但就像泌尿系统致病性大肠杆菌一样，当它进入组织，它就停留在那里，并复发，”Gassensmith说。“这需要一种新的方式来思考疫苗应该如何发挥作用。

“疫苗技术已经有两个世纪的历史了，但它的发展非常缓慢。我们希望我们的平台可以利用现有的、研究充分的病原体来创造更直接和工程的免疫反应。”