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同济大学杜建忠教授团队 AFM:酶促自组装多肽纳米颗粒治疗细菌性感染伤口

日期: 来源:化学与材料科学收集编辑:老酒高分子

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细菌性感染伤口常常因为活性氧的过度积累而导致愈合缓慢,具有抗菌和抗氧化双重功能的多肽有望提高细菌性感染伤口的治疗效果。然而,多肽分子的稳定性较差且容易被水解。针对该问题,同济大学杜建忠教授团队设计并合成了一种兼具抗菌和抗氧化功能的多肽Trp-Arg-Trp-Arg-Trp-Tyr (以下简称为WRWRWY),其在冻干后表现出了较好的储存稳定性。多肽在使用时可直接溶于水中并喷涂到伤口处,同时在皮肤中酪氨酸酶的诱导氧化下,原位自组装为类黑色素多肽纳米颗粒(mWRWRWY nanoparticles)。这种多肽纳米颗粒表现出了明显增强的抗菌和抗氧化功能,提高了细菌性感染伤口的治疗效果。具体研究思路如图1所示。


图1. 酶促自组装多肽纳米颗粒治疗细菌性感染伤口的示意图。

相较于氧化前的多肽,这种氧化后原位自组装形成的多肽纳米颗粒由于其表面电荷的增加,表现出了更好的抗菌性能,其对大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)的最低抑菌浓度(MIC)分别由氧化前的375.0 μg/mL和375.0 μg/mL减小到氧化后的94.0 μg/mL和47.0 μg/mL (图2A,B)。此外,多肽在氧化后会产生更多共轭结构,导致其荧光信号从不可见的紫外光区域红移至可见光区域,可用于实时荧光成像以研究其抗菌过程。如图2C所示,与多肽纳米颗粒共孵育后,大肠杆菌的细菌膜可观察到明显的蓝色荧光,充分说明大肠杆菌的细菌膜被多肽纳米颗粒破坏。
 

图2. (A-B)多肽在氧化前和氧化后的最低抑菌浓度;(C)大肠杆菌与多肽纳米颗粒共孵育后的激光扫描共聚焦显微镜图。

多肽纳米颗粒的类黑色素结构赋予其优异的抗氧化功能,在浓度50.0 μg/mL时即可有效祛除羟基自由基和超氧自由基,祛除率分别达到为77.9%和85.1%(图3A,B)。此外,溶血性实验和细胞毒性实验也证明了多肽在氧化前后均具有优异的生物相容性(图3C,D)。
 

图3.(A-B)多肽纳米颗粒体外清除活性氧能力结果图;(C-D)多肽氧化前后的溶血性实验和细胞毒性实验结果图。

BABL/c小鼠皮肤中酪氨酸酶低表达,而C57BL/6J小鼠皮肤中酪氨酸酶过表达。如图4所示,在动物实验中,相比于对照组,经多肽纳米颗粒治疗的C57BL/6J小鼠的细菌性感染伤口在第10天可完全愈合。同时,感染伤口处第十天的活性氧水平也表现出了明显的降低。因此,这种酶促自组装多肽纳米颗粒可有效抑制细菌生长并降低伤口处活性氧水平,促进细菌性感染伤口的愈合,为治疗细菌性感染伤口提供了新策略。
 

图4.(A-B)细菌性感染伤口的愈合效果图;(C)感染伤口处第五天的细菌菌落图;(D)感染伤口处第十天的活性氧水平结果图。

研究成果近期以“In Situ Enzyme-Induced Self-Assembly of Antimicrobial-Antioxidative Peptides to Promote Wound Healing” 为题发表在《先进功能材料》(Adv. Funct. Mater. 2023, 2214454)。同济大学高分子材料系博士生滕润鑫为论文的第一作者。同济大学杜建忠教授和范震研究员以及同济大学附属第十人民医院李畅副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目等资助。


原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202214454


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