一种基于抗菌肽和亲水聚合物的抗菌药物及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于抗菌肽和亲水聚合物的抗菌药物及制备方法，属于生物医药技术领域。本发明专利技术采用柔性的亲水聚合物分子对抗菌肽进行共价修饰，构建了一系列具有特殊设计结构的抗菌复合物分子。与原始抗菌肽相比，分子修饰增强了复合物的自组装能力，从而形成更大的聚集体；致密的聚集体表现出脂质特异性结合行为，从而能够靶向作用于细菌而不会对哺乳动物细胞造成伤害；在之后的膜作用过程中，复合物聚集体中的抗菌肽部分在膜内形成“多肽通道”，促使亲水聚合物部分顺利通过膜并最终形成稳定的跨膜孔。与原始抗菌肽相比，显示了增强的抗菌效率，同时减少了副作用和毒性。

An antibacterial drug based on antimicrobial peptide and hydrophilic polymer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于抗菌肽和亲水聚合物的抗菌药物及制备方法
本专利技术涉及一种基于抗菌肽和亲水聚合物的抗菌药物及制备方法，属于生物医药

技术介绍
细菌对于传统抗生素的耐药性问题正在严重威胁全球人类的健康。因此，我们迫切需要开发出一类新型的、不易产生耐药性的抗菌药物。抗菌肽(AMPs)是一种天然存在的、具有广谱抗菌功能的多肽。与传统抗生素的抗菌机制不同，抗菌肽是通过破坏细菌的细胞膜、导致内容物的泄漏而直接杀死细菌，这一杀菌方式很难被细菌克服。因此抗菌肽被认为是一类极具潜力的抗菌药物。目前，抗菌肽面临抗菌效率低、易水解降解和对哺乳动物细胞毒性等缺点，限制了其临床应用。我们的目的是提高抗菌肽的杀菌效率、降低生物毒性。近年来“生物物理学”的发展，一方面有助于深入理解药物分子的生物活性机制；另一方面，基于现有的功能单元和它们的作用方式，它为设计能够满足更高要求的新的药物种类提供了一种策略手段。以蜂毒肽(Mel)为典型代表的抗菌肽分子，它们通过对细菌的细胞膜实施物理攻击来发挥杀菌功能，而不是特异性靶向作用于某些特定的蛋白质。这一原理使得细菌几乎不可能对其产生耐药性。因此，AMPs是一个有希望实施“生物物理”策略、来设计新型高效抗菌剂的候选方案。由于聚乙二醇(PEG)分子的高水合结构特性，药物分子的PEG改性已经在临床医学和科学研究中得到了广泛的应用，然而，它主要用于提高药物分子在水溶液中的分散性和稳定性等目的，同时PEG对药物分子的掩蔽作用可以降低药物的体内清除或血浆蛋白吸附，降低炎症反应或免疫原性反应从而改善药物的细胞相容性，然而不幸的是，PEG改性会或多或少地削弱修饰分子的生物活性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术采用了与传统PEG改性完全不同的原理，充分利用生物物理的策略，设计了一类由临床可用的PEG和天然Mel组成的高效抗菌剂，其具有增强的生物活性和较低的细胞毒性，为开发具有实用前景的基于AMP的高效抗菌剂开辟了新的途径。本专利技术的第一个目的是提供一种基于抗菌肽和亲水聚合物的抗菌药物，所述的抗菌药物包括柔性的亲水聚合物分子，以及与亲水聚合物分子共价连接的抗菌肽。进一步地，所述的亲水聚合物分子上设有活性位点，所述的亲水聚合物分子通过活性位点与抗菌肽的氨基进行化学键合。进一步地，所述的活性位点为马来酰亚胺、羧基或环氧基。进一步地，所述的亲水聚合物分子为线性、双臂、四臂或多分支结构。进一步地，所述的亲水聚合物分子为聚乙二醇、聚丙烯酸或聚乳酸。进一步地，所述的亲水聚合物分子为线性聚乙二醇。进一步地，所述的线性聚乙二醇的分子量为5k～20k。进一步地，所述的抗菌肽包括蜂毒肽、LL-37、Magainin或PGLa。本专利技术的第二个目的是提供所述的基于抗菌肽和亲水聚合物的抗菌药物的制备方法，包括如下步骤：将抗菌肽溶解在水中，调节pH为7.5～8.5，将含有活性位点的柔性亲水聚合物分子缓慢加入抗菌肽溶液中进行反应，反应后将反应液冷却，调节pH至2.5～3.5，得到所述的抗菌药物。进一步地，所述的制备方法还包括将所述的抗菌药物进行冷冻干燥。本专利技术的有益效果：本专利技术基于生物物理策略的Mel和PEG的复合，与原始Mel相比，显示了增强的抗菌效率，同时减少了副作用和毒性。我们用PEG分子对Mel进行共价修饰，构建了一系列具有特殊设计结构的抗菌复合物分子，其中一类由一个长链PEG末端修饰Mel的柔性线性复合物分子，如PEG12K-1*Mel，显示了最显著的改善杀菌性能。实验结果表明，PEG12K-1*Mel显著增强蜂毒肽的生物活性；与原始Mel相比，其针对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌的抗菌效率提高了五倍以上，而细胞毒性降低了68％(浓度为200μgmL-1时)。结合巨囊泡(GUV)泄漏动力学实验和分子动力学(MD)模拟，我们进一步揭示了其分子机理。与原始Mel相比，具有柔性PEG链的修饰增强了PEG12K-1*Mel复合物的自组装能力，从而形成更大的聚集体；致密的聚集体表现出脂质特异性结合行为，从而能够靶向作用于细菌而不会对哺乳动物细胞造成伤害；在之后的膜作用过程中，复合物聚集体中的Mel部分在膜内形成“多肽通道”，促使PEG部分顺利通过膜并最终形成稳定的跨膜孔。附图说明图1为复合物分子的制备过程及分子结构式；图2为复合物分子的紫外可见吸收谱(a)、动态光散射(b)、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(c)结果；图3为原始Mel及PEG12k-1*Mel等复合物的杀菌SEM照片；图4为原始Mel及PEG12k-1*Mel复合物的最小抑菌浓度(MIC)及动态杀菌实验结果；图5为PEG12k-1*Mel复合物的细胞毒性实验结果；图6为PEG12k-1*Mel导致GUV泄漏的共聚焦显微镜照片。括号中的数值为药物浓度，单位μgmL-1；绿色和红色通道分别对应着钙黄绿素染料和脂分子；图7为纯Mel和PEG12k-1*Mel等复合体导致多层膜SMM发生剧烈形变的共聚焦显微镜照片；图8为不同脂分子成分的GUV在不同浓度药物作用下的染料分子摩尔进入率分布；PEG12k-1*Mel产生比Mel更高的摩尔进入率；PEG12k-1*Mel对脂膜成分具有选择性，更倾向于对负电PC/PG膜发生成孔；图9为分子动力学模拟显示，在低浓度下PEG12k-1*Mel具有比天然Mel更强的成孔能力，而高浓度下PEG12k-1*Mel发生聚集、对于电中性膜反而不会成孔；(a)不同浓度下Mel和PEG12k-1*Mel的成孔情况；(b)Mel和PEG12k-1*Mel的聚集和成孔尺寸比较；(c)高浓度P/L＝1/26下PEG12k-1*Mel对PC/PG膜的成孔过程。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。材料1：具有活性位点的柔性PEG分子。上面的活性基团可能是马来酰亚胺MAL、羧基、环氧基等能够与多肽的氨基发生化学反应的基团。PEG分子的分子量可能是5k，12k，20k等。PEG分子可能具有不同的结构，例如线性、双臂、四臂和多分支等。PEG分子也可能是其它种类的柔性亲水聚合物分子，如PAA等。材料2：蜂毒肽。也可以是其它具有抗菌功能的抗菌肽，例如LL-37，Magainin，PGLa等。合成方法：将PEG分子的活性位点与蜂毒肽的氨基进行化学键合，获得PEG-Mel复合物。修饰比例为，活性位点：多肽氨基＝2.5:1(比例范围为1：1到10:1乃至更大)。合成方法具体为，一定量Mel溶解在20mL水中,用0.1M的NaOH调节溶液PH为8.0-8.3，将PEG分三个小时缓慢加入Mel的水溶液中，反应保证在低温下完成。反应后溶液冷却到0度，用0.1M的HCl调节溶液PH为3.0。(可以将所得复合物透析(MW3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于抗菌肽和亲水聚合物的抗菌药物，其特征在于，所述的抗菌药物包括柔性的亲水聚合物分子，以及与亲水聚合物分子共价连接的抗菌肽。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于抗菌肽和亲水聚合物的抗菌药物，其特征在于，所述的抗菌药物包括柔性的亲水聚合物分子，以及与亲水聚合物分子共价连接的抗菌肽。


2.根据权利要求1所述的抗菌药物，其特征在于，所述的亲水聚合物分子上设有活性位点，所述的亲水聚合物分子通过活性位点与抗菌肽的氨基进行化学键合。


3.根据权利要求2所述的抗菌药物，其特征在于，所述的活性位点为马来酰亚胺、羧基或环氧基。


4.根据权利要求1所述的抗菌药物，其特征在于，所述的亲水聚合物分子为线性、双臂、四臂或多分支结构。


5.根据权利要求4所述的抗菌药物，其特征在于，所述的亲水聚合物分子为聚乙二醇、聚丙烯酸或聚乳酸。


6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：元冰，窦玉江，杨恺，刘娇娇，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32