华东理工大学刘润辉教授课题组:基于β多肽聚合物的生物医用材料抗菌表面修饰

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    医用材料感染已成为临床中亟待解决的问题。虽然目前临床上使用的抗生素能够治疗发生的感染,但频繁使用抗生素会导致微生物的耐药性问题;此外,抗生素多用于感染发生之后的治疗。为了减少感染的发生,构筑具有高效抗菌功能及良好生物相容性的抗菌医用材料表面是解决这一难题的关键和有效途径。近期,华东理工大学刘润辉教授课题组通过模拟宿主防御肽(Host Defense Peptides, 简称HDPs)制备出具有高效抗菌活性的新型β多肽聚合物,通过等离子体活化表面接枝构筑了高效抗菌的医用聚氨酯等生物医用材料表面(图1),该表面在室温条件下存储56天后,抗菌性能未有明显变化,显示了良好的稳定性。体内植入感染模型证实该抗菌材料表面能够有效杀菌,显示有效预防植入医用材料引发的感染。这一成果近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces上 (DOI: 10.1021/acsami.9b02915)。

  图1. β多肽聚合物的合成以及医用基材表面接枝聚合物

  (来源:ACS Applied Materials & Interfaces)

  本研究中,为了获得微生物难以产生耐药性,同时具有高效抗菌活性以及良好生物相容性的生物医用材料表面,科研人员合成了一系列巯基封端的具有不同亲水性/氨基阳离子亚基和疏水性亚基比例的HDPs模拟物。将这些β多肽聚合物接枝于经等离子体活化以及溴化试剂处理过的聚氨酯表面,制备出β多肽聚合物修饰的生物医用材料抗菌表面;对革兰氏阳性菌以及革兰氏阴性菌表面抗菌活性测试表明可有效 杀死接触的细菌(图2)。溶血活性测试、血红细胞形貌表征、哺乳动物细胞毒性测试、体内皮下植入组织学HE染色(图3C)等相容性测试表明,经修饰的抗菌生物医用材料表面具有良好的生物相容性。

  图2. β多肽聚合物修饰的聚氨酯表面抗菌活性

  (A) E. coli, (B) PAO1, (C) MRSAand (D) S. epidermidis

  (来源:ACS Applied Materials & Interfaces)

  为进一步探究β多肽聚合物抗菌表面在体内微环境下的抗菌活性,将抗菌表面通过皮下植入进行体内抗菌活性测试(图3A),β多肽聚合物抗菌表面相对于医用聚氨酯表面可降低2.1-3.4 log值的菌落数(> 99%杀菌率,图3B),显示其较好的体内抗菌活性。

  图3. 皮下植入体内抗菌活性测试。

  (A) 皮下植入示意图,(B) Day 1, Day 3, Day 11体内抗菌活性, (C) Day 1, Day 3, Day 11 体内皮下植入组织学HE染色。

  (来源:ACS Applied Materials & Interfaces)

  华东理工大学硕士研究生齐凡,博士研究生钱宇芯是该成果的共同第一作者和主要完成人,刘润辉教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、科技部等基金的资助。

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