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植入物细菌感染早期诊断困难和治疗后易复发是骨科医生非常棘手的两大问题。感染早期影像学信号变化不明显；血液学检查由于受到术后非特异性CRP和ESR的增高而难以用于感染诊断；细菌培养相对敏感性和特异性较低，易发生感染的漏诊。由于感染早期诊断是指导后续治疗的重要标准，如何实现感染的早期精准诊断是待解决的关键问题。与此同时，即使是使用了足量的敏感抗生素治疗，临床中仍然存在感染复发的现象，细菌对抗生素产生耐受性是导致这一现象的重要原因之一。抗生素耐受性不同于抗生素耐药性：耐药细菌通常表达某些特定的耐药基因、如耐药酶或激活外排泵等对抗抗生素，或降低药物与其靶标结合的亲和力；而抗生素耐受细菌并没有携带任何特定的耐药基因，从基因型上看属于敏感菌，不影响抑制细菌所需的抗生素浓度，但会明显延长抗生素杀灭细菌所需的时间。由于耐受性细菌在高浓度抗生素存在的环境中存活的时间较长，此后易突变成耐药菌；因此对耐受细菌的及时有效杀灭，也是防止抗生素耐药细菌传播的重要手段。
针对以上两个临床治疗中面临的难点，上海交通大学医学院附属第九人民医院汤亭亭教授、杨盛兵副研究员研究团队报道了一种基于铋金属有机框架材料(Bi-MOF)通过光声技术实现感染早期诊断，以及解除细菌抗生素耐受性、联合常用抗生素及时杀灭清除耐受细菌的方法，为解决这两个临床治疗难点提供了新的思路，相关成果近日发表在著名国际期刊《Nano Today》。
Bi-MOF材料通过H2S实现细菌感染的光声诊断和细菌耐受性的解除
研究团队在前期研究发现抗生素耐受性细菌气体信号分子H2S表达较野生型细菌高，推测H2S可作为感染诊断和治疗的靶点。为此，他们巧妙地将生物材料Bi-MOF应用于针对H2S靶点的诊断和治疗。首先，Bi-MOF 释放出的Bi3+离子可与H2S生成具有光声信号的Bi2S3,实现了感染的早期诊断；其次，Bi3+离子降低了细菌的H2S后使得细菌恢复代谢活跃状态及对抗生素的敏感性，增强抗生素对耐受菌的杀伤作用，为抗生素耐受性细菌相关的难治性感染与感染复发的解决提供了新方法与思路。
骨科博士研究生袁凯和骨科实验室实验员黄凯是本文的共同第一作者，汤亭亭教授和杨盛兵副研究员是本文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、上海市科委科技启明星项目经费支持。
汤亭亭教授、杨盛兵副研究员团队针对骨科感染诊疗的难题已经取得一系列的重要发现，相关研究成果已发表于国际著名期刊Adv. Mater.（2021）；Adv. Funct. Mater. （2022），Bioact. Mater.（2021）；Acta Biomater. （2022）; ACS Appl. Mater. Inter. （2018）和Appl. Mater. Today （2022）等；同时，该团队也积极推动相关研究的临床转化工作，已申请国家发明专利8项，其中3项已获授权，开发的细菌感染诊断探针用于骨科感染诊断已通过临床伦理审查。
