西北大学高玲燕副教授、浙江大学黄飞鹤教授综述：基于大环化合物的新型超分子抗菌材料

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抗生素于1928年被发现至今已近一个世纪，被广泛地应用于临床治疗以及农业、畜牧业、水产业等各个领域，拯救了亿万生命。但随着抗生素的滥用，细菌对抗生素的耐药性不断发展并增强，甚至出现了多重耐药性的超级细菌，这已经严重威胁到全人类的生命健康。2014年世界卫生组织发布的《抗生素耐药:全球监测报告》显示：每年美国及欧盟范围内因感染超级细菌而死亡的人数高达8.8万人。若超级细菌在全球范围的扩散得不到有效的遏制，到2050年全球每年因耐药菌引起的死亡将达到千万例，对全球经济的影响也会达到1000亿美元以上。细菌耐药性问题已经成为全球公共健康领域的重大挑战，也是各国政府和社会密切关注的世界性问题。然而，新型抗生素的研发速度却远远跟不上细菌耐药性的发展速度。因此，开发新的策略和手段来弥补传统抗生素的不足以及减缓细菌耐药性发展速度已经成为科研工作者的主要任务之一。

发轫于上世纪60年代美国杜邦公司C. J. Pedersen 对冠醚的合成及其对碱金属和碱土金属的络合作用性能的研究，大环化学作为超分子化学的一个重要分支，已经取得了突飞猛进的发展。近几十年来，不同结构和特色的大环化合物不断涌现，不断地丰富大环化学的分子结构库；这些大环分子的合成、结构、性质被深入研究，被用以设计性能和功用各异的的超分子拓扑结构和超分子功能材料，在工业、农业、国防、军工及医药学等领域展现出广泛的应用前景。近些年，研究者开始利用大环化合物开发和构筑的抗菌材料，一方面是利用大环化合物的空腔和优异的主客体性质，络合特定的药物或者抗菌分子，另一方面，大环骨架也被进行修饰，引进具有抗菌功能的结构和片段。这类基于大环化合物的抗菌材料不仅表现出优异的抗菌效果，而且兼具了结构和功能可控、可调等特点。这为新型抗菌材料的开发和制备提供了新的契机，为细菌耐药性发展的减缓和解决提供了一种新的解决方案。

图1. 基于不同大环化合物的抗菌材料示意图

近期，西北大学高玲燕副教授、浙江大学黄飞鹤教授在Giant上发表了题为“Combating antibiotic resistance: current strategies for the discovery of novel antibacterial materials based on macrocycle supramolecular chemistry”的综述文章，论述了利用大环化合物设计新型超分子抗菌材料的研究进展，对基于不同种类的大环化合物，包括柱芳烃、葫芦尿、环糊精、杯芳烃、冠醚等构筑的抗菌材料进行了详细讨论。

图2. 基于两性离子修饰的柱[5]芳烃构筑的可破坏细菌被膜的新型抗菌材料示意图

利用大环化合物易于功能化的特点，通过合理的分子结构设计，可以将抗菌基团引入到大环化合物骨架上，进而实现抗菌的效果。此外，基于大环化合物优良的主客体性质，传统抗生素或抗菌小分子等可以进入大环化合物空腔，实现抗菌效果的增强等目的。与此同时，超分子主客体化合物动态可控的特点，为获得抗菌行为可控的刺激响应性材料提供新的实现途径。面对全球性的细菌耐药性飞速发展的严峻现状，基于大环主体化合物的超分子抗菌材料的研究，为设计和开发更多的新型抗菌提供基础和思路，有助于弥补传统抗生素的不足。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.giant.2021.100066

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