基于胆酸的阳离子型树枝状聚合物的设计与抗菌性能研究

作     者：乐梦琪 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾永光;陈奕龙

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：细菌感染 树枝状聚合物 胆酸 季铵盐 阳离子型抗菌聚合物 

摘      要：细菌感染已经成为威胁人类健康和社会安全的重大隐患,虽然人们已经发展了各种各样的抗生素来应对细菌感染,但随着细菌耐药性的出现,如何高效地应对细菌感染目前仍是一个巨大挑战。树枝状聚合物表面的多氨基等阳离子基团具有强烈的细菌膜破坏能力,因此作为抗菌剂表现出优异抗菌活性,但往往细胞毒性和溶血作用也比较严重。储存在人体胆囊中的胆酸分子不但具有优良的生物安全性,同时具有罕见的、与抗菌肽类似的面两亲结构,因此作为抗菌剂分子的构建单元而备受关注。本论文为了解决树枝状聚合物毒副作用较高、胆酸类抗菌分子活性较低的缺陷,以胆酸分子作为阳离子树枝,来制备阳离子型树枝状抗菌聚合物,实现优异的生物相容性和高效的抗菌活性的协同构建,主要研究内容分为以下两个部分:(1)以聚乙二醇为主链,胆酸骨架为树枝,并在胆酸的三个羟基上修饰季铵盐基团,得到兼具高密度阳离子电荷和生物相容性的阳离子型树枝状聚合物(D-CA-N)。实验结果表明,D-CA-N在7.5μM浓度下对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有优异的抗菌活性,扫描电子显微镜照片证明了其细菌的膜破坏杀菌机制。而且,D-CA-N对小鼠的成纤维细胞(L929)、胚胎成纤维细胞(3T3)和小鼠、兔红细胞在30μM浓度下均显示了低细胞毒性,特别是在120μM时仍无溶血。体内评价进一步证实了D-CA-N具有优异的杀菌活性和生物相容性,和青霉素G相比,D-CA-N可以在8天内高效治疗金黄色葡萄球菌感染的伤口并加速伤口的愈合,这种阳离子型树枝状聚合物为设计治疗伤口感染的生物医学材料提供了新选择。(2)为了进一步提高树枝状聚合物的阳离子电荷密度,将胆酸三聚体(TCA)接枝在4-乙烯基苄氯和6-马来酰亚胺己酸共聚物P(St-alt-MAL)上,并在胆酸的羟基上修饰季铵盐基团,得到一系列具有更高阳离子密度的侧基树枝状聚合物P(St-alt-MAL)-g-TCA-N。实验结果表明,随着TCA接枝率的提高,P(St-alt-MAL)-g-TCA-N的zeta电位随之增大,同时抗菌性能也逐渐提高。特别是50%TCA接枝的侧基树枝状聚合物的最低抑菌浓度(MIC)值为0.21μM,远低于D-CA-N的7.5μM。体外骨髓间充质干细胞的活性与增殖实验进一步证明了P(St-alt-MAL)-g-TCA-N的低细胞毒性,在30μM时对兔红细胞仍无溶血作用。鉴于该高分子侧基上丰富的官能团,因此在生物医学领域特别是作为功能抗菌涂层方面具有巨大的应用潜力。