两亲性寡肽衍生物的组装及其抑菌性能的探究

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在人类漫长的历史进展中,微生物感染一直是困扰人类健康的一大问题,甚至对人类的生命造成严重危害。因此,研发具有良好抗菌功能的材料具有重要的意义。和传统的抗菌材料相比,基于多肽的纳米粒子表现出很大的优势。主要因为多肽具有良好的生物相容性以及可降解性,更为重要的是,多肽在设计上具有良好的灵活性,因此,基于多肽的抗菌材料获得广泛关注。越来越多的研究表明,抗菌肽(AMPs)具有广谱的抑菌活性,并且由于其特有膜活性杀菌机理,使得抗菌肽有效避免了耐药性的问题。本文将聚焦于两亲性寡肽及其衍生物的设计与抑菌性能探究,通过探索功能肽的序列结构、修饰策略、以及组装行为对其抑菌性能的影响,研究其作用机制等,为制备更安全有效的新型抑菌材料提供新思路。第一章,简要阐述细菌感染对人类健康的危害以及所具有的病理学特征,重点阐明抗菌肽作为一种安全有效的抗菌材料的相关应用、优势及存在的局限性等,基于此论述本文的研究背景与依据。第二章,根据微生物感染部位特有的微酸性环境,我们设计并合成一种酸触发电荷翻转的两亲性寡肽C16-A3K4-CONH2(OPA)用于靶向抗菌治疗。作为抗菌剂,OPA由于带有大量正电荷,在体内循环过程中容易被蛋白吸附,同时具有非选择性膜破坏性,会对人体正常细胞产生毒性。基于此,我们将通过改变其表面电荷的性质的策略来提高材料的循环稳定性,同时实现细菌的靶向治疗。与2,3-二甲基马来酸酐(DMA)进行酰胺缩合反应,将赖氨酸的侧基进行酰胺化,形成C16-AAAK(DMA)K(DMA)K(DMA)K(DMA)-CONH2,生成的化合物自组装形成带负电的球形纳米粒子,其细胞毒性大幅降低。当药物到达微生物感染部位后,酸敏感的β-羧基酰胺水解,暴露出带有正电荷的C16-A3K4-CONH2。与此同时,阳离子抗菌肽自组装成棒状纳米纤维。由于纤维状的纳米结构更容易与细菌的膜结构相结合,这一转变将增强材料与致病菌的膜结构之间的相互作用,加速细菌的死亡。相关实验结果表明,这种酸度触发电荷翻转与形貌转变相结合的两亲性寡肽,对酿酒酵母、大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌具有良好的抑制作用。为了进一步提高抗菌肽的抗菌性能,第三章中,我们提出化学动力学治疗和两亲性寡肽通过一种简单有效的方式进行联合,用于提高治疗效果。基于上一章寡肽杀菌机制的研究,我们进一步利用寡肽正电荷性质,同时设计能通过α-螺旋二级结构自组装的肽序列加强其细胞摄入能力。在此基础上,我们在功能肽的N-端引入带有不饱和双键的亚油酸,形成衍生物(LA-KLAKKLAK-CONH2)。该材料在脂肪氧化酶(Lox)的氧化下能生成对应的氢过氧化物(LAOOH-KLAKKLAK-CONH2),进一步在二价铁离子(Fe2+)的催化下产生活性氧自由基(ROS),ROS作为另一种有效的杀菌机制,与寡肽起到协同治疗作用。研究结果表明,该联合治疗策略对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌以及耐甲氧西林金黄色葡萄球菌等菌种具有显著的治疗效果。以BALB/C小鼠为实验对象,建立感染模型,探究了材料在体内的抑菌能力。通过对小鼠的伤口情况、临床评分、血清内炎症因子含量以及组织匀浆涂布等数据分析,这种联合治疗策略能有效治疗金黄葡萄球菌引起的脓肌炎症,为抗菌治疗提供了新可能。
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