法尼醇乳剂在囊性纤维化三维气道模型中消除铜绿假单胞菌生物膜的应用研究

　　本研究针对囊性纤维化（CF）患者因铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）生物膜感染导致的临床难题，开发了一种基于三维气道器官组织等效物（OTE）的疾病模型，并评估了法尼醇乳剂（farnesol emulsion）的抗生物膜效果。研究证实CF-OTE可准确模拟患者气道的高黏液积累、低纤毛运动频率等关键病理特征，且法尼醇乳剂能有效清除生物膜并保护气道细胞活性，为CF的临床治疗提供了新型候选药物及可靠的临床前筛选平台。

　　

囊性纤维化（Cystic Fibrosis, CF）是一种由CFTR基因突变引起的遗传性疾病，患者常因呼吸道黏液积聚和反复细菌感染而面临生命威胁。其中，铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）是最常见的致病菌，其形成的生物膜（biofilm）能抵抗抗生素和宿主免疫攻击，导致感染难以根治。尤其随着多重耐药菌株的出现，传统抗生素治疗效果日益有限，开发新型抗生物膜策略成为迫切需求。

在这一背景下，研究人员利用三维（3D）气道“器官组织等效物”（Organ-Tissue Equivalents, OTEs）模型，模拟CF患者的气道病理环境，并评估了一种天然产物法尼醇（farnesol）所制备的乳剂对铜绿假单胞菌生物膜的清除效果。该研究不仅建立了一种更接近人体真实情况的感染模型，还为CF及其他呼吸道细菌感染的治疗提供了新思路。相关成果发表在《Biofilm》上。

研究中主要采用了以下几项关键技术：使用来自CF患者和非CF正常捐赠者的人原代支气管上皮细胞（HBE）构建3D OTE模型；通过组织染色、跨上皮电阻（TEER）和纤毛搏动频率（CBF）测量验证模型病理特征；利用生物发光菌株Xen5和标准菌株PAO1建立生物膜；通过菌落计数（CFU）和细胞活性检测（MTS法）评估法尼醇乳剂的抗菌效果及细胞保护作用。

3.1. 3D气道OTE模型重现CF患者气道功能障碍

研究人员比较了来自正常捐赠者（N-OTEs）和CF患者（CF-OTEs）的OTE模型，发现CF-OTEs中MUC5AC黏蛋白表达和总黏液积累显著增加，跨上皮电阻（TEER）更高，而纤毛搏动频率（CBF）更低。这些结果与临床CF患者的气道病理特征高度一致，表明该模型能有效模拟CF的关键病理表现。

3.2. 铜绿假单胞菌在OTE上形成持久生物膜

通过优化接种菌量（103 CFU），研究团队成功在OTE表面建立了可持续48小时的铜绿假单胞菌生物膜。生物发光成像显示，Xen5和PAO1均能在CF-OTEs和N-OTEs上形成生物膜，且生物膜在OTE上的维持效果优于无细胞的空白对照组。

3.3. 铜绿假单胞菌在CF-OTE上形成更多生物膜

定量分析表明，CF-OTEs上的生物膜生物量显著高于N-OTEs，Xen5菌株的发光强度平均增加58%，CFU计数高出约100倍。共聚焦显微镜进一步显示，细菌生物膜分布于气道上皮细胞表面，且不同菌株其分布模式存在差异。初始细菌附着实验未显示组间差异，说明黏液积累可能是促进生物膜形成的关键因素。

3.4. 法尼醇乳剂破坏细菌生物膜并保护OTE细胞活性

法尼醇乳剂（1–9 mg/ml）对Xen5和PAO1生物膜均表现出显著清除效果，其中3 mg/ml剂量效果最优，能实现超过99%的细菌减少，效果优于常用抗生素环丙沙星（ciprofloxacin）。更重要的是，该剂量法尼醇乳剂还能有效保护感染后的气道细胞活性，避免因细菌感染导致的细胞死亡，而环丙沙星虽可杀菌，却无类似的细胞保护作用。

研究结论部分强调，该OTE模型成功模拟了CF气道中的黏液过度分泌和细菌生物膜形成过程，为临床前药物筛选提供了高度仿真的平台。法尼醇乳剂作为一种广谱、安全且不易引发耐药性的天然制剂，在抗铜绿假单胞菌生物膜方面表现出良好的应用前景。其能同时杀灭细菌和保护宿主细胞的独特机制，尤其适用于CF这类需要长期抗感染治疗的慢性疾病。未来研究可进一步探索法尼醇乳剂的雾化给药途径及其在多菌种混合生物膜感染中的效果。

该研究不仅推进了CF感染机制的理解，也为抗生物膜药物开发提供了新的候选方案和评价体系，具有重要的临床转化潜力。