华东理工大学刘润辉教授课题组：基于模拟宿主防御肽的氨基酸聚合物构造抗菌水凝胶有效治疗耐药菌导致的伤口感染

伤口感染，尤其是耐药细菌导致的伤口感染一直是人类健康的巨大挑战。为解决伤口感染和细菌耐药性问题，设计并制备无抗生素的抗菌水凝胶是解决伤口感染以及伤口修复的重要手段。华东理工大学刘润辉教授课题组提供了一种简便有效的策略,通过将抗菌氨基酸聚合物负载到透明质酸水凝胶中，构建了具有体内外高效抗菌活性且促进伤口修复的抗菌水凝胶，促进了耐药菌感染的伤口愈合。

伤口感染是由伤口部位的病原体侵袭和增殖引起的健康问题。抗生素负载的水凝胶被广泛用于治疗感染伤口的愈合。但是，由于耐药菌频繁出现，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，伤口感染一直是人类健康的巨大挑战。为了解决耐药细菌感染伤口难题，无抗生素的抗菌水凝胶是解决伤口感染以及伤口修复的重要手段。传统的无抗生素抗菌策略，如季铵盐抗菌材料、金属纳米颗粒、光热或光动力疗法等仍存在着抗菌活性低、安全性等问题。天然存在的宿主防御肽因其膜破坏性的抗菌机制，有望成为解决耐药微生物感染的有力手段。然而天然宿主防御肽酶稳定性差、合成成本高的缺点大大限制了其实际应用。通过氨基酸聚合物去模拟宿主防御肽的功能被认为是对抗耐药细菌的有效解决方案。

最近，华东理工大学刘润辉教授等人设计并制备了负载模拟宿主防御肽的抗菌氨基酸聚合物的透明质酸水凝胶。氨基酸聚合物的设计宗旨是通过模仿宿主防御肽从而替代抗生素起到显著的抗菌活性，且不易产生耐药性、稳定性良好；透明质酸是细胞外基质的主要成分，具有良好生物相容性的和生物降解性，适用于细胞迁移和伤口愈合。该抗菌水凝胶显示出对耐药细菌的高体内外抗菌活性，低毒性并促进体内伤口愈合。

该工作通过将模拟宿主防御肽的氨基酸聚合物DLL_0.9BLG_0.1负载到具有良好生物相容性和生物降解性的透明质酸水凝胶中，设计和制备了无抗生素的抗菌水凝胶。前期研究表明氨基酸聚合物DLL_0.9BLG_0.1对耐药细菌MRSA具有高效抗菌活性、不易产生耐药性和对蛋白水解良好的稳定性。将具有抗菌功能的氨基酸聚合物负载到透明质酸水凝胶中，在体外表现出对耐药细菌MRSA高效抗菌活性，同时可在体内治疗耐药细菌MRSA感染的伤口并促进伤口愈合。在整个治疗过程中，无明显毒副作用。此外，由于含有正电荷残基的氨基酸聚合物与带负电荷的透明质酸水凝胶之间的静电相互作用，氨基酸聚合物显示出从透明质酸水凝胶到伤口部位的两个阶段释放：最初聚合物爆释以迅速达到在伤口感染部位高效杀菌功能；然后可以持续释放以维持抗菌活性。综上所述，本研究提供了一种简便有效的策略来构建抗菌水凝胶，从而有效治疗耐药细菌MRSA感染的伤口愈合。   

图1. 抗菌水凝胶对耐药菌感染伤口的抗菌活性及伤口修复

论文第一作者为华东理工大学材料学院博士研究生乔忠乾、上海市第一人民医院张雯静博士以及华东理工大学材料学院博士后武月铭，通讯作者为华东理工大学材料学院刘润辉教授和博士后武月铭。详见：Zhongqian Qiao, Wenjing Zhang, Yueming Wu, Weinan Jiang, Ning Shao, Jiayang Xie, Guixue Xia, Qimeng Chen, Zhefeng Liu, Jingcheng Zou, Jiawei Gu, Shifang Luan, Haodong Lin, Runhui Liu. Host Defense Peptide-mimicking peptide polymer-based antibacterial hydrogel enables efficient healing of MRSA-infected wounds. Sci. China Chem., 2023, DOI: doi.org/10.1007/s11426-023-1566-x.

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【通讯作者简介】

刘润辉，教授，博导，2009年8月毕业于美国普渡大学，2009年9月至2014年12月先后在美国加州理工学院和美国威斯康星大学从事博士后研究工作，2014年12月至今在华东理工大学材料科学与工程学院任教授。入选青年海外高层次人才计划、上海“东方学者”、霍尼韦尔学者、上海青年优秀学术带头人等。主要研究模拟多肽和蛋白功能的多肽聚合物作为药用、医用材料的探索。专注抗菌药物和材料、组织修复材料等功能的生物活性材料研究。

武月铭，博士，2021年9月于华东理工大学取得博士学位，现在华东理工大学从事博士后研究。研究聚焦于氨基酸聚合物的合成及抗菌和组织修复，共发表论文29篇，其中以第一或者通讯作者在Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Med. Chem.、Adv. Funct. Mater.、Sci. China Chem.等期刊发表论文14篇。获2019年博士研究生国家奖学金，主持国家自然科学基金青年科学基金、中国博士后基金会面上基金，入选2022年度“博士后创新人才支持计划”。

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