一种抗菌水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种抗菌水凝胶及其制备方法和应用，所述抗菌水凝胶的原料包括多臂聚乙二醇、酶响应多肽和抗菌肽；所述多臂聚乙二醇的端基具有功能基团R1，所述酶响应多肽的端基具有功能基团R2；所述抗菌肽的端基具有功能基团R3；所述R1和R2、R2和R3之间能够形成共价键；所述抗菌肽的氨基酸序列公式为Y2X1X2Y1X1X1Y1X2Y1X1Y2；其中，X1为K或R，X2为K或R；Y1为W、V、I、L、F、A中的一种，Y2为W。发明专利技术提供的抗菌水凝胶的抗菌机理区别于常规抗菌肽的破膜杀菌，而是直接穿过细菌细胞膜，在细菌内部结合DNA实现抗菌，其细胞毒性大幅降低，而且有了水凝胶网络结构的保护，抗菌肽在体内能够稳定、长时间抗菌。长时间抗菌。长时间抗菌。

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及抗菌新材料
更具体地，涉及一种抗菌水凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]手术部位感染(Surgical site infection，SSI)是指发生在术后手术切口部位和/或手术涉及的器官或腔隙的感染。SSI的发生往往导致住院时间延长，患者痛苦增加，占用大量医疗资源。为了预防SSI的发生，除了改善手术环境和缝合方法外，术前抗生素的使用十分频繁，这导致了耐药菌的致病比例逐年增加。
[0003]抗菌肽(Antimicrobial peptides，AMPs)是一种生物体内存在的具有抗菌活性的肽类物质，氨基酸数目通常为10
‑
50个，常带正电荷，具有广谱抗菌活性。区别于传统抗生素容易引起细菌的耐药性的针对单一蛋白来控制代谢途径(例如脱氧核糖核酸、蛋白质及细胞壁的合成)，抗菌肽主要通过影响病原体的细胞质膜或进入细胞质与胞内生物大分子结合来发挥作用，迅速杀菌且不易引起细菌的耐药性。但是抗菌肽通常携带较多正电荷，在血浆和体液中会被蛋白酶快速降解而失活，同时，抗菌肽的抗菌机理为破膜杀菌，通常具有较高的细胞毒性，且依赖固定的二级结构，如α螺旋、β折叠等。因此，降低抗菌肽的细胞毒性、使抗菌肽在体内环境中保持稳定的抗菌活性变得十分重要。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，我们的目的是设计一种不破膜，能穿过细胞膜与胞内大分子结合发挥抗菌作用的新型抗菌肽，该抗菌肽不易产生耐药性且具有较好生物相容性。进一步，基于该新型抗菌肽合成一种能缓释抗菌肽的抗菌水凝胶，使抗菌肽在体内环境中保持稳定的抗菌活性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种抗菌水凝胶，其原料包括多臂聚乙二醇、酶响应多肽和抗菌肽；
[0007]所述多臂聚乙二醇的端基具有功能基团R1，所述酶响应多肽的端基具有功能基团R2；所述抗菌肽的一个端基具有功能基团R3；所述R1和R2、R2和R3之间能够形成共价键；
[0008]所述抗菌肽的氨基酸序列公式为Y2X1X2Y1X1X1Y1X2Y1X1Y2；其中，X1为K或R，X2为K或R；Y1为W、V、I、L、F、A中的一种，Y2为W。
[0009]需要说明的是，所述多臂聚乙二醇的端基是指每个臂的末端，所述酶响应多肽的端基是指酶响应多肽的两端(N端和C端)，所述抗菌肽的一个端基是指其N端或C端。
[0010]本专利技术设计的氨基酸序列结构中，首先是二个氨基酸位置的亲疏水情况与完美α螺旋的两亲性构象恰好相反，阻止了α螺旋形成；其次在首尾添加色氨酸提高多肽和细胞膜的亲和性，同时色氨酸的大位阻也不利于α螺旋的形成；最后序列中较多的正电氨基酸确保其能与胞内带负电的DNA结合。基于该设计思路获得抗菌肽，其抗菌机理不是破膜杀菌，而
是直接穿过细菌细胞膜，进入细菌内部结合DNA实现抗菌，较于常规抗菌肽，即不易产生耐药性，细胞毒性也得到大幅降低。
[0011]此外，由于R1和R2、R2和R3之间能够形成共价键，因此，本专利技术的抗菌水凝胶主要由多臂聚乙二醇和酶响应多肽形成交联网络结构，而抗菌肽则通过共价键结合在酶响应多肽的一端，即抗菌肽利用共价键连接在水凝胶网络中，几乎不会直接接触哺乳动物细胞，其细胞毒性进一步获得改善；而且在凝胶网络结构中的抗菌肽难以被生物体内的蛋白酶降解，其稳定性得到较大提升。
[0012]优选地，所述抗菌肽的氨基酸序列为下述序列中的一种：
[0013](1)WRKFRRFKFRW(简称：WRKF)；
[0014](2)WRKLRRLKLRW(简称：WRKL)；
[0015](3)WRKIRRIKIRW(简称：WRKI)；
[0016](4)WKRFKKFRFKW(简称：WKRF)。
[0017]优选地，所述抗菌水凝胶中，抗菌肽的浓度为0.01
‑
10mg/mL；更优选为1
‑
10mg/mL。
[0018]优选地，所述酶响应多肽的物质的量大于等于所述多臂聚乙二醇的物质的量，即可以理解为：按物质的量计，所述酶响应多肽与所述抗菌肽的差值与多臂聚乙二醇的比值大于等于1；即[n(酶响应多肽)
‑
n(抗菌肽)]/n(多臂聚乙二醇)≧1。其中，该比例的原料可以更好地成胶。
[0019]优选地，由多臂聚乙二醇、抗菌肽和酶响应多肽通过点击化学反应交联形成。其中，点击化学反应的反应条件较为温和，通过该反应交联而成的抗菌水凝胶更适用于生物体。
[0020]优选地，所述R1、R2和R3各自独立地选自马来酰亚胺基团、巯基基团、双键、叠氮基团、炔基基团、氮杂二苯丙环辛炔胺基团和降冰片烯基团中的一种。
[0021]优选地，所述多臂聚乙二醇的分子量为100
‑
100000；优选为3000
‑
100000。其中，多臂聚乙二醇的分子量影响凝胶中酶响应多肽的占比，进而影响抗菌肽的结合量，因此，在本专利技术分子量范围内的多臂聚乙二醇可以更优地保证抗菌水凝胶的抗菌活性。
[0022]优选地，所述多臂聚乙二醇选自三臂聚乙二醇、四臂聚乙二醇、六臂聚乙二醇、八臂聚乙二醇、十臂聚乙二醇中的一种或几种。
[0023]优选地，所述酶响应多肽的响应酶为基质金属蛋白酶或胶原蛋白酶。
[0024]更优选地，所述酶响应多肽为能够被基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinase,MMP)或其他胶原蛋白酶降解的VPMS
↓
MRGG、GPQG
↓
IAGQ、IPVS
↓
LRSG、IPES
↓
LRAG等。
[0025]第二方面，本专利技术提供一种上述抗菌水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0026]配制多臂聚乙二醇溶液；
[0027]配制酶响应多肽溶液，加入抗菌肽，混合均匀后静置，得到酶响应多肽
‑
抗菌肽溶液；
[0028]多臂聚乙二醇溶液和酶响应多肽
‑
抗菌肽溶液混合均匀后静置成胶。
[0029]示例性地，一种抗菌水凝胶的制备方法，具体包括以下步骤：
[0030](1)配制马来酰亚胺(Mal)修饰的四臂聚乙二醇(PEG
‑
4Mal)溶液；
[0031](2)配制两端修饰巯基的酶响应多肽溶液，加入一定量端基修饰马来酰亚胺的抗
菌肽冻干粉，混合均匀后室温下静置一段时间；
[0032](3)将(1)获得的溶液和(2)获得的溶液按一定比例混合，数分钟后形成抗菌水凝胶。
[0033]第三方面，本专利技术提供一种包括上述抗菌水凝胶的用于预防或治疗手术感染的药物。
[0034]另外，如无特殊说明，本专利技术所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
[0035]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗菌水凝胶，其特征在于，其原料包括多臂聚乙二醇、酶响应多肽和抗菌肽；所述多臂聚乙二醇的端基具有功能基团R1，所述酶响应多肽的端基具有功能基团R2；所述抗菌肽的一个端基具有功能基团R3；所述R1和R2、R2和R3之间能够形成共价键；所述抗菌肽的氨基酸序列公式为Y2X1X2Y1X1X1Y1X2Y1X1Y2；其中，X1为K或R，X2为K或R；Y1为W、V、I、L、F、A中的一种，Y2为W。2.根据权利要求1所述的抗菌水凝胶，其特征在于，所述抗菌肽的氨基酸序列为下述序列中的一种：(1)WRKFRRFKFRW；(2)WRKLRRLKLRW；(3)WRKIRRIKIRW；(4)WKRFKKFRFKW。3.根据权利要求1所述的抗菌水凝胶，其特征在于，所述抗菌水凝胶中，抗菌肽的浓度为0.01
‑
10mg/mL。4.根据权利要求1所述的抗菌水凝胶，其特征在于，所述酶响应多肽的物质的量大于等于所述多臂聚乙二醇的物质的量。5.根据权利要求1所述的抗菌水凝胶，其特征在于，由多臂聚乙二醇、抗菌肽和酶响应多肽通过点击化学反应交联形成。6.根据权利要求1所述的抗菌水...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛忠伟，李可佳，鞠晓燕，田野，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：