上皮细胞层，作为人体抵抗外界病原体的首要防线，其形态与结构的动态变化在维护机体稳态、保护屏障完整及抵抗感染中扮演着核心角色。近期，一项由中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室的研究员黄术强领衔，联合中国农业大学教授朱奎及北京大学研究员黄建永的团队，在国际顶级期刊《细胞》上发表了突破性研究成果。
该研究挑战了传统观念，即细菌感染是随机事件，而是揭示了细菌通过识别并利用宿主组织特定的几何特性，实施“精准打击”，从而破坏上皮细胞层的防御功能，促进感染扩散。这一发现强调了组织器官几何特性在调控细菌感染过程中的关键作用，为开发新型抗感染疗法开辟了新路径。
研究团队通过跨学科合作，融合了微生物学、力学生物学与生物医学工程等多领域知识，创新性地构建了不同形态的上皮细胞层模型，以探究病原菌与宿主细胞之间的相互作用。他们发现，病原菌在上皮单层中的感染并非随机分布，而是呈现出显著的“边际效应”——即结构更致密的细胞层边缘区域更易受到细菌侵袭，且这一规律广泛适用于不同种类的细胞和培养条件。
进一步的研究通过力学分析模型揭示了细菌感染与细胞牵引力之间的紧密关联。细胞层边缘因几何约束产生的高牵引力区域，成为细菌入侵的“热点”。尤为重要的是，研究团队鉴定了力敏感性离子通道蛋白Piezo1作为关键调控因子，在细菌感染初期，Piezo1能够感知并响应细胞牵引力，促进细菌在感染部位的聚集。
基于这些发现，研究团队提出了一种创新的“力学导航抗菌”策略。首先，他们尝试将Piezo1作为抗菌靶点，发现通过抑制Piezo1的表达和激活，可以有效降低感染组织中的细菌负荷。其次，团队构建了仿生3D肠道芯片，模拟肠道隐窝结构，发现消化道细菌倾向于在这些隐蔽结构中富集，并隐匿于胞质中逃避抗菌药物的攻击。
为了解决这一难题，团队开发了“细菌替身”纳米递药系统，这些纳米颗粒模拟耐药菌表面特征，内部装载抗生素，能够精准靶向肠道隐窝结构，实现药物的空间精准递送，从而提高局部药物浓度，增强对耐药菌（如MRSA和VRE）感染的疗效。这种“断其信号源+精准送弹药”的力学导航疗法，为应对全球细菌耐药危机提供了全新的解决方案。
该研究的突破性成果不仅丰富了我们对细菌感染机制的理解，更重要的是，它突破了传统以细菌为中心的抗菌药物研发思路，转向宿主导向的新模式。这不仅提升了抗生素对消化道病原菌感染的疗效，也为合理用药提供了新的策略，为全球耐药性问题提供了创新性的应对策略。
