两亲性树枝状分子的合成及其抗菌/抗肿瘤应用

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源自于动植物各类组织细胞的抗菌肽,不仅对多种微生物具有很强的抗菌活性,同时还具有抑制肿瘤活性的能力,具有良好的药物开发价值。然而,抗菌肽存在生产成本高、生物利用度低和易被蛋白酶降解等缺点,在一定程度上限制了其临床应用。因此,研究人员模拟抗菌肽的化学结构,开发出一系列具有阳离子和疏水基团的两亲性高分子材料,以克服天然抗菌肽的缺点。本论文设计合成了一系列具有不同阳离子密度和不同疏水基团的两亲性树枝状分子,并探索了分子结构与抗菌或抗肿瘤活性之间的关系;接着,将两亲性树枝状分子与氧化葡聚糖结合构建出动态水凝胶,该水凝胶含有具有抗菌活性的两亲性树枝状分子,有望用作抗菌水凝胶敷料。具体研究工作结果如下:(1)设计并合成了一系列由阳离子树枝结构和疏水烷基链构成的两亲性树枝状分子,并其抗菌活性进行评价。研究结果表明,两亲性阳离子树枝状分子的抗菌活性高度依赖于疏水烷基链的长度,而阳离子电荷的数量影响不大。在合成的两亲性阳离子树枝状分子中,筛选出高抗菌活性分子C18-G1。C18-G1对各种病原体具有优异的抗菌活性(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度分别为9、3和3μg/m L),同时对多种临床多药耐药细菌也具有良好的杀灭效果。扫描电子显微镜和荧光显微镜分析结果表明,C18-G1可以破坏微生物病原体细胞膜的完整性,导致细胞溶解和死亡。此外,体外杀菌动力学表明C18-G1能够在极短时间内(3 min)快速杀灭细菌。同时,C18-G1还在大鼠MRSA伤口感染模型中对耐药菌表现出优异的抗菌活性,并能促进伤口愈合。综上,本文合成了具有快速和广谱杀菌活性的两亲性阳离子树枝状分子,是一类具有良好应用前景的抗菌材料。(2)本文接下来对上述两亲性树枝状分子的抗肿瘤活性进行评价,发现具有长烷基链、低阳离子电荷数目的树枝状分子对肿瘤细胞的抑制效果更强。在七种肿瘤细胞(包括高度转移细胞系)上的细胞毒性试验结果表明,C12-G1和C18-G1都有较好的抑瘤效果。由于C18-G1更容易造成溶血,生物相容性差,故选择C12-G1开展后续实验。体外机制研究表明,C12-G1同样是通过使细胞膜破裂来杀死肿瘤细胞。荷瘤鼠实验结果表明,C12-G1能够抑制黑色素瘤的生长,抑瘤效果具有剂量依赖性,而且C12-G1不会对小鼠主要器官造成损伤。(3)最后,本文选取氧化葡聚糖(o-Dex)为骨架,以两亲性阳离子树枝状分子C18-G1和己二酸二酰肼(ADH)为交联剂,制备动态水凝胶C18-ADH-G1。该水凝胶具有良好的自愈合性能和可注射性,可以用做治疗细菌感染伤口的敷料。体外实验结果表明,该水凝胶可以裂解细菌细胞膜,起到杀菌效果,。水凝胶还具有良好的生物相容性,在浓度64 mg/m L下对正常细胞仍未表现出明显的细胞毒性,大大降低了两亲性阳离子树枝状材料的生物毒性。本课题研究了一种阳离子两亲性树枝状分子,并考察了该类分子的抗菌以及抗肿瘤性能,希望缓解细胞耐药性的产生,并为阳离子两亲性树枝状分子的临床应用提供一种新思路。
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