通过肽聚合物的修饰 可生成有效且生物相容的抗菌表面

当前，植入式生物材料和医疗设备的使用在诊断、预防和治疗疾病的现代医疗保健系统带来了巨大的帮助。像导管、起搏器和隐形眼镜等植入装置的使用，恢复人们的健康的同时也提高了他们的生活质量。然而，植入设备也伴随着细菌感染风险，给人们带来巨大的经济负担。据报道，美国每年用于医疗保健相关感染的费用约为280亿-450亿，其中超过60%与医疗设备有关。

尽管抗生素已被广泛用于治疗细菌感染，但抗生素的过度使用和误用导致了临床实践中耐药(MDR)细菌的快速出现和传播。传统抗生素对耐药细菌的杀灭效果较低，严重威胁人类的生命安全。因此，人们探索了对抗细菌感染的替代策略，如对材料进行抗菌改性。除了抗菌性能外，优化其长期抗菌活性和对哺乳动物细胞的低细胞毒性始终是一个重要的考虑因素。

华东理工大学一研究团队近日在《Bioactive Materials》杂志发布研究成果“Effective and biocompatible antibacterial surfaces via facile synthesis and surface modification of peptide polymers”，在该篇综述中，阐明了一种肽聚合物90:10 DLL：BLG的简单表面修饰，使材料表面具有抗菌性能;同时其改性的热塑性聚氨酯(TPU)表面在体内外均显示出板光谱的抗菌性能和良好的生物相容性;这种接触式杀菌表面显示出巨大的实际应用潜力，可用于对抗与可植入材料和设备相关的细菌感染。

宿主防御肽(HDP)是先天免疫系统的重要组成部分，可以抵抗微生物感染并调节宿主免疫反应。自Boman博士从Cecropia蛾中分离出第一个HDP以来，已经鉴定出了大量天然HDP。

人们普遍认为，HDP是广谱抗菌剂，由于其一般的膜靶向机制而对药物耐药性不敏感。然而，HDP在结构的不稳定性、大批量制备中的挑战以及固相肽合成的高成本等缺点方面限制了其实际应用。为了克服HDP的固有缺点，科研学者们已经合成并研究了越来越多的模仿HDP的聚合物。

在HDP模仿聚合物进一步研究，发现抗微生物活性是代替的HDP[的刚性二级结构依赖于一个全局两亲构象。表明柔性聚合物主链可用于取代肽主链以具有两亲构象。为了遵循两亲结构，已探索了HDP模拟物，例如β肽聚合物，α肽聚合物，聚(2-恶唑啉)和聚(苄基醚)。它们具有广谱性，生物相容性，耐蛋白酶性，并且在合成中具有成本效益。然而，非常需要在细菌感染发生后预防与植入物相关的感染，而不是进行抗菌治疗。

受HDP模拟物在溶液中的出色性能的鼓舞，HDP模拟物已附着在表面上，以防止与植入物相关的感染。在以前的工作中，我们证明了表面束缚的HDP模拟物具有出色的抗菌活性和生物相容性。等离子体活化还用于热塑性聚氨酯(TPU)表面的抗菌改性。改性后的表面表现出有效的抗菌活性，并具有长期的杀菌性能，这暗示了在生物医学材料应用中的巨大潜力。

华东理工大学研究团队报道了六甲基二硅叠氮化锂(LiHMDS)在氨基酸N-羧基酐(NCA)上引发的超快聚合反应，以制备用于高通量功能筛选潜在抗菌肽聚合物的肽聚合物库。我们选择外消旋氨基酸D，L-赖氨酸作为肽聚合物的单体，以增加抗蛋白水解的稳定性。在获得的肽聚合物中，肽聚合物(D，1-赖氨酸)：(γ-苄基-1-谷氨酸)= 90:10(DLL：BLG = 90:10)对溶液中的多种细菌表现出有效的抗菌活性。

由LiHMDS引发的NCA聚合合成肽聚合物(DLL：BLG = 90：10)

在这项研究中，探索出了一种简便且具有成本效益的肽聚合物表面改性方法(DLL：BLG = 90：10)，以实现材料表面的抗菌性能，并进一步探索了表面的抗菌机理。肽聚合物修饰的TPU(TPU-P)表面在体外和体内均显示出板谱抗菌性能以及有效的接触杀伤能力。

利用LiHMDS引发的快速NCA聚合通过表面等离子体活化与肽聚合物合成，在材料表面上建立了一种简便且经济高效的抗菌修饰。用HDP模拟肽聚合物(DLL：BLG = 90:10)修饰的TPU表面对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均显示出强大的抗菌活性。另外，修饰的表面在体外显示出显着的生物相容性，溶血和细胞毒性可忽略不计。这些表面在体内也显示出有效的抗菌活性和出色的组织相容性。肽聚合物修饰的TPU表面的整体性能，由LiHMDS引发的NCA聚合快速合成肽聚合物，以及通过血浆活化的简便表面修饰策略，都意味着该研究在处理与细菌相关的表面相关细菌感染方面的潜在应用植入式生物医学设备和组织工程支架。

参考资料：Ziyi Lu, Yueming Wu, Zihao Cong, Yuxin Qian, Xue Wu, Ning Shao, Zhongqian Qiao, Haodong Zhang, Yunrui She, Kang Chen, Hengxue Xiang, Bin Sun, Qian Yu, Yuan Yuan, Haodong Lin, Meifang Zhu, Runhui Liu,Effective and biocompatible antibacterial surfaces via facile synthesis and surface modification of peptide polymers,

Bioactive Materials,Volume 6, Issue 12,2021,Pages 4531-4541,ISSN 2452-199X.