华东理工大学张伟安课题组：酸响应激活的卟啉嵌段共聚物增强光动力抗菌

针对细菌的多药耐药性，华东理工大学张伟安课题组开发出了一种卟啉类纳米抗菌材料PDPA-TPP。该材料不仅能通过静电作用靶向到细菌细胞膜，同时降低了光敏剂聚集引起的淬灭，研究结果显示PDPA-TPP具有优异的光动力抗菌效果。

细菌感染相关疾病因其高发病率和高死亡率已成为人类重点关注的公共卫生问题之一。抗生素由于其低廉的价格和显著的疗效，一直被用于治疗病原性细菌感染。然而，由于抗生素大规模滥用，细菌对多种抗生素产生了耐药性，特别是多药耐药菌的出现，导致抗生素的治疗效果变差甚至于无效，因此目前急需一种新型的治疗方法解决细菌耐药的问题。

光动力疗法由于其优异的杀菌性能且不容易产生耐药性的优点，引起了人们的广泛关注。在光动力疗法中，光敏剂通过吸收特定波长的光产生活性氧。例如单线态氧（¹O₂）能对细菌细胞膜和生物膜造成严重的损伤，从而杀死细菌并破坏生物膜。光敏剂在光动力疗法中扮演着重要的角色，然而光敏剂聚集诱导淬灭导致其光活性低的问题，在光动力抗菌应用中尚未得到很好的解决。因此，构建一种新型具有靶向高活性的光敏剂对于光动力抗菌具有十分重要的意义。

最近，华东理工大学张伟安课题组提出了一种具有酸响应效应的卟啉类嵌段共聚物纳米组装体（PDPA-TPP）（图1）。PDPA-TPP两亲性卟啉嵌段共聚物利用该课题组先前报道的卟啉单体通过可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合制备得到，其在pH 7.4中性条件下能自组装成球形纳米粒子。在细菌酸性微环境下，纳米粒子迅速解离，解离后表面带有正电荷的PDPA-TPP能有效靶向到表面带负电荷的细菌细胞膜上，同时由于疏水嵌段的亲水性提高，改善了卟啉光敏基元的微环境，使得其聚集淬灭效应减弱，进而极大地提高了其单线态氧产率。

图1  PDPA-TPP纳米粒子的制备及其光动力抗菌的过程 

实验结果显示PDPA-TPP纳米粒子具有较好的广谱抗菌效果。在650 nm的激光照射下，PDPA-TPP纳米粒子对革兰氏阴性菌（大肠杆菌，E.coli）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌，S. aureus）灭杀效果显著，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的细胞膜均遭到了严重的破坏，光滑的细胞膜表面变成褶皱状，局部区域甚至出现了孔洞（PDPA-TPP+L，图2）。

图2  酸性条件下PDPA-TPP纳米粒子光动力抗菌SEM图

文章详见: Fan Yu, Chao Chen, Guoliang Yang, Zhengtong Ren, Hongliang Cao, Liangshun Zhang & Weian Zhang*. An acid-triggered porphyrin-based block copolymer for enhanced photodynamic antibacterial efficacy. Sci. China Chem. 2021, DOI: 10.1007/s11426-020-9904-7.

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通讯作者简介

张伟安，2003年博士毕业于中国科技大学高分子科学系；2004年为上海交通大学高分子科学系讲师；2007年至今，为华东理工大学化学与分子工程学院副教授，教授。期间受洪堡基金会资助在德国Bayreuth大学进行访问研究；受欧盟第七框架(PF7)资助在英国利兹大学进行访问研究。主要从事功能性高分子材料的构建和应用研究，尤其生物医用高分子材料、特种高分子材料制备技术等。在高分子学科相关杂志上以通讯/第一作者发表SCI论文110余篇。