同济大学杜建忠教授团队 Biomaterials：高效抑制生物被膜及细菌耐药性的抗菌肽植入体涂层

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植入体在治疗骨折等疾病时具有重要作用，然而其感染问题也日益突出。植入体感染通常由生物被膜引起，通常采用手术清创并长期使用抗生素进行治疗，但生物被膜对抗生素不敏感，且大量使用抗生素还会催生细菌耐药性问题。因此，如何赋予植入体优异的抗菌性能且不引起耐药性是一个重要的科学问题。

针对上述难题，同济大学杜建忠教授团队构建了一种兼具强粘附性和高效抗菌性的抗菌肽骨植入体涂层，为解决植入体感染和细菌耐药性问题提供了新思路。

图1.抗菌肽涂层示意图及其防止细菌产生耐药性并提供体内强粘附性能的机制。

研究思路如图1所示。首先，设计并合成了一种含有多巴端基的聚多肽poly(Phe10-stat-Lys12)-DOPA抗菌涂层。一方面，poly(Phe10-stat-Lys12)可以提供高效抗菌性能，且可通过抑制耐药基因的表达防止细菌产生耐药性；另一方面，多巴端基可提供强粘附性能，使其像贻贝足丝一样牢固地粘附于植入体表面，并在复杂的湿润的生理环境下保持稳定的粘附。

图2. 不同多肽处理钛片的表面性能分析。

如图2所示，聚多肽涂布后，钛片表面的碳元素含量明显增加，且AFM图像中可观测到均匀的涂层，证明可以通过浸渍法简便地制备抗菌涂层。此外，重复用PBS缓冲液冲洗和长时间浸泡（2天）不会明显降低钛片表面的碳元素含量，证明该抗菌涂层具有优异的稳定性。

图3. 盐酸万古霉素及poly(Phe10-stat-Lys12)-DOPA对金黄色葡萄球菌耐药性的影响。

耐药实验结果表明（图3），连续用万古霉素处理金黄色葡萄球菌会增加其对万古霉素、甲氧西林和庆大霉素等抗生素的多药耐药性，而聚多肽则不会引起金黄色葡萄球菌耐药性，且对万古霉素耐药菌具有良好的抗菌效果。团队还对耐药机制进行了深入研究：转录组分析和PCR结果显示，万古霉素的连续处理会引起金黄色葡萄球菌耐药基因的表达上调，如vraR，dltB和dltC等，而连续使用聚多肽处理金黄色葡萄球菌则可以使得耐阳离子抗菌肽相关基因下调，如mprF，dltB和dltC等。这种对耐药基因的抑制作用为应对日益严重的细菌耐药问题提供了新的抗菌策略。

图4. Poly(Phe10-stat-Lys12)-DOPA涂层体内抗生物被膜的效果。

体内实验表明，该抗菌涂层可以有效抑制植入体表面生物被膜的形成，从而有效减轻局部与血液感染（图4和图5）。

图5. Poly(Phe10-stat-Lys12)-DOPA涂层减轻体内局部与血液感染的效果。

该成果以 “A polypeptide coating for preventing biofilm on implants by inhibiting antibiotic resistance genes”为题发表在Biomaterials上。同济大学刘丹青博士、奚悦静硕士与同济大学附属第十人民医院骨科虞舜志博士为共同第一作者，杜建忠教授、范震教授和朱云卿教授为共同通讯作者。

该研究得到了国家自然科学基金等支持。

论文信息

Danqing Liu#, Yuejing Xi#, Shunzhi Yu#, Kexin Yang, Fan Zhang, Yuying Yang, Tianlong Wang, Shisheng He, Yunqing Zhu*, Zhen Fan*, Jianzhong Du*. A polypeptide coating for preventing biofilm on implants by inhibiting antibiotic resistance genes. Biomaterials 2023, 293, 121957.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S014296122200597X

来源：Biomaterials 生物材料

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