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苏州大学陈高健教授、张卫东副教授课题组在高通量筛选低细胞毒性、高抗菌含糖聚合物上取得新的进展
2019-03-15  来源:中国聚合物网

  抗菌肽因其具有广谱杀菌性能和极低的抗生素耐药性,有望成为替代抗生素的一种新型抗菌剂。但是天然抗菌肽的广泛应用受到其造价昂贵,结构复杂且易于水解等特性的限制。因此,设计合成仿抗菌肽结构和性能研究逐渐兴起。大部分天然抗菌肽都具有两亲性结构及带正电的基团,如何调整亲水、疏水及带正电基团含量,使其达到高杀菌能力和低毒性的平衡是仿抗菌肽聚合物研究的一个关键问题。

图1. 高通量筛选低细胞毒性杀菌含糖聚合物示意图

  陈高健教授课题组将ROS-RAFT聚合方法与高通量技术相结合,在敞口的96孔板中合成出一系列不同组成的含糖聚合物,并筛选出具有低细胞毒性和高抗菌性能的聚合物。葡萄糖及含葡萄糖单体亲水且对部分细菌表面存在的受体蛋白有着特异性结合,包括大肠杆菌。该团队选用MAG作为糖单元和亲水性能的单体,DMAPMA为带正电的单体,DEMAA为疏水性单体。仿抗菌肽含糖聚合物主要利用糖基元可以对细菌细胞膜表面蛋白选择性黏附,带正电基团可以与细菌细胞膜表面的负电荷吸附,疏水基团可以插入细胞膜表面的磷脂层,最终干扰膜的功能使其紊乱而达到杀菌的效果。聚合通过ROS-RAFT (recyclable-catalyst-aided, opened-to-air, and sunlight-photolyzed RAFT) 聚合方法在模拟太阳光催化下进行,得到的聚合物通过GPC和NMR进行表征,证明所得到的聚合物同投料比一致且分子量分布较窄。

图2. 含糖聚合物杀菌(E. coli)能力及细胞毒性测试

  另外通过浊度法对所合成的一系列含糖聚合物与E. coli (革兰氏阴性菌) 黏附能力进行测试,并且使用涂板法对其杀菌能力进行测试,筛选出12个杀菌能力在85%以上的聚合物。并以L929为模型细胞,对所筛选出的具有较强杀菌能力的聚合物进行细胞毒性测试,得到的结果如图2。其中图2中红框处的两个聚合物,聚合物组成为1-2([MAG]0:[DMAPMA]0:[DEMAA]0=100:20:80)1-3 ([MAG]0:[DMAPMA]0:[DEMAA]0=100:30:70)的两组聚合物,在拥有较强杀菌性能的同时,细胞存活率分别为98%和87%,达到低毒性和高杀菌性能的平衡。此外他们还选取了部分对 E. coli 杀灭性能良好的含糖聚合物,进行了聚合物对S. aureus (革兰氏阳性菌)杀菌能力的测试,结果如图3所示。含DMAPMA组分较多的聚合物 (1-7,1-8,1-9) 对E. coli和S. aureus均显示出了较强的杀灭能力,而含MAG组分较多的聚合物 (1-2, 1-3,1-4) 对E. coli的杀灭能力明显强于对S. aureus的杀灭能力。这一选择性灭菌能力可能因为大肠杆菌表面有针对于葡萄糖的识别蛋白,而S. aureus 表面不存在。该工作为快速合成、筛选特异性功能高分子材料提供了一种新的解决办法。

图3. 含糖聚合物对E. coli和S. aureus杀菌能力测试

  以上相关成果发布在ACS Macro Lett. 2019, 8, 326-330,论文的第一作者为苏州大学物理科学与技术学院(软凝聚态物理及交叉研究中心)硕士生郑雨晴,通讯作者为陈高健教授,共同通讯作者为张卫东副教授

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.9b00091

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