北京化工大学徐福建教授课题组《AFM》：脂肪酶响应性抗菌高分子材料方面取得新进展

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可吸收明胶海绵是一种在外科手术中广泛使用的止血材料，在使用过程中常常会引发医源性细菌感染，严重影响患者术后恢复和生命健康。特别是不合理使用抗生素会导致耐药菌的出现，使抗生素药物资源日益枯竭，人类社会逐渐进入“后抗生素时代”。阳离子型高分子材料在抗细菌感染方面具有较好的应用前景（Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1802140; Small 2019, 15, 1900999），但是如何兼顾可植入材料的生物相容性和抗菌性能仍然面临重要挑战。

为了应对上述挑战，北京化工大学徐福建教授团队通过开环聚合（ROP）和原子转移自由基聚合（ATRP）构建了系列三嵌段共聚高分子材料QP-b-PCL-b-QP，可在四氢呋喃中自组装形成反胶束结构（图1），其中疏水的聚己内酯（PCL）链段形成反胶束外壳，具有良好的生物相容性和细菌脂肪酶响应性；亲水性季铵化聚2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯（QP）链段形成反胶束核心，并在细菌脂肪酶存在的感染微环境中降解并释放，实现自适应性抗菌。

图1. 基于QP-b-PCL-b-QP反胶束涂层构建脂肪酶响应性自适应抗菌明胶海绵

系列三嵌段季铵化高分子材料中，QP₄₁-PCL₁₁₈-QP₄₁（RM₂）构建的反胶束涂层具有最优的脂肪酶响应性。抗菌实验表明反胶束涂层（RM₂）修饰明胶海绵对高表达脂肪酶的金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌表现出较好的自适应抗菌性能（图2a、2b）。尽管绿脓杆菌也可以表达脂肪酶，但是绿脓杆菌对响应性释放的季铵化抗菌剂（QBA）具有较高的耐受性（图2c）。由于本实验选用的大肠杆菌几乎不表达脂肪酶，因此实验组与对照组相比未表现出明显的抗菌性能（图2d）。

图2. 反胶束涂层（RM₂）修饰明胶海绵的自适应抗菌性能。（a）金黄色葡萄球菌、（b）枯草芽孢杆菌、（c）绿脓杆菌、（d）大肠杆菌。

动物实验表明，RM₂反胶束涂层修饰明胶海绵在活体中也具有较理想的自适应抗菌性能（图3a、3b）。植入材料周围皮肤组织的H&E染色图片表明，未修饰明胶海绵（GS）周围皮肤组织中存在大量中性粒细胞、巨噬细胞、嗜伊红细胞等炎症细胞，表明组织中由于细菌感染造成急性炎症反应（图3c）。RM₂反胶束涂层修饰明胶海绵周围皮肤组织中炎症细胞数量较少，表明具有自适应抗菌功能的明胶海绵能够减轻细菌感染造成的炎症反应。

图3. （a）从细菌感染组织中提取的菌落培养照片；（b）细菌感染组织中金黄色葡萄球菌菌落计数分析；（c）细菌感染模型中未修饰明胶海绵（GS）与RM₂反胶束涂层修饰明胶海绵周围皮肤组织的H&E染色图片。

以上相关成果发表在Advanced Functional Materials (Adv. Funct. Mater. 2021, 2011165.)上。论文的第一作者为北京化工大学材料科学与工程学院博士研究生王安治，共同通讯作者为北京化工大学丁小康副教授和徐福建教授。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202011165

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