用“纳米防护衣”打造能诊断和治疗疾病的智能细菌

口服细菌疗法近年来备受关注，但面临治疗过程难以实时监测和疗效不稳定的问题。为解决这些挑战，研究人员开发了一种新型的“诊疗一体化细菌”，即在益生菌表面构建一层具有保护、成像和治疗多重功能的纳米涂层。这种涂层通过“原位连续矿化”方法形成：首先让细菌吸附锰离子和铁离子，再通过化学反应生成内层的二氧化锰（MnO2）和氧化铁（Fe2O3）纳米颗粒层；随后在其外层再沉积一层碳酸钙（CaCO3），形成三层结构的纳米保护壳。

这种设计有多个关键优势。当细菌口服进入胃部时，外层的碳酸钙能迅速与胃酸发生反应，中和强酸环境，从而保护内部的细菌活性以及内层的纳米材料不被破坏。这大大提高了细菌存活率，实验显示，经过这种涂层保护的细菌在模拟胃液中存活数量比未处理组高出17倍。

进入肠道后，内层的二氧化锰和氧化铁发挥双重作用。一方面，它们作为磁共振成像（MRI）的对比剂，支持T1和T2双模式成像，使医生可以实时追踪细菌在体内的分布情况；另一方面，在炎症部位，过量的活性氧会触发二氧化锰分解，释放出锰离子（Mn²⁺），这一过程可通过T1单模成像被检测到，从而反映疾病治疗的进展。

此外，二氧化锰和氧化铁还具有类似超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，能够清除导致炎症的活性氧，减轻肠道氧化应激，与细菌本身的益生功能协同增强治疗效果。

研究人员在两种小鼠疾病模型中验证了这种诊疗细菌的效果。在沙门氏菌引起的结肠炎模型中，使用涂层细菌治疗后，小鼠体重恢复、结肠长度改善、炎症因子显著下降，组织损伤最小。在动脉粥样硬化模型中，治疗不仅减少了主动脉斑块面积，还降低了血脂水平，增强了斑块稳定性，减轻了肝脏脂肪变性。

这项技术结合了物理保护、实时成像监控和多机制协同治疗，为下一代细菌疗法提供了新思路。其制备方法简单、生物相容性好，未来有望拓展至其他益生菌和不同功能性矿物涂层，应用于更多肠道及全身性疾病。