支化抗菌聚氨基酸及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种支化抗菌聚氨基酸，所述支化抗菌聚氨基酸为：星型支化聚合物、刷状支化聚合物，由内核与支链组成；所述内核为含有4～15个氨基的支化聚合物，所述支链通过肽键与内核偶联；所述支链为亲水型聚合物嵌段，所述亲水型聚合物嵌段的聚合度为5～20，且所述纯亲水型聚合物嵌段的单体不包括疏水型单体。该支化抗菌聚氨基酸具有很好的抗菌活性的同时，不易发生溶血，具有很好的生物安全性。

【技术实现步骤摘要】
支化抗菌聚氨基酸及其制备方法与应用
本专利技术属于医药领域，特别涉及一种支化抗菌聚氨基酸及其制备方法与应用。
技术介绍
抗生素的出现堪称是人类医药历史上最伟大的发现之一。自被发现以来，就拯救了无数人的生命。然而，近年来抗生素的滥用导致了大量耐药甚至致命的病原体产生，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和对抗生素耐药的铜绿假单胞菌。目前这些对抗生素有具有超强耐药性的“超级细菌”已在全球范围内广泛传播。面临这个巨大健康危机，抗菌肽(如：防御素、人源抗菌肽LL-37和蛙皮素等)为杀死这些耐药病原体带来了希望。抗菌肽又称抗微生物肽或者宿主防御肽，是一种存在于生物体内，具有抗菌活性的一类多肽物质。与传统抗生素相比，抗菌肽的抗菌谱广，能有效杀死多种耐药菌，并且其杀菌速率快，不易产生耐药，无致畸作用，也不易产生蓄积中毒。由于它们是通过破坏细菌细胞膜，这种完全不同于传统抗生素的机制杀菌的，因此细菌对现有抗生素所产生的耐药机制对其没有阻断作用。抗菌肽杀灭细菌的方式普遍依赖于其与细菌细胞膜的相互作用，也就是抗菌肽的带正电荷残基与带负电荷的细菌细胞膜静电相互作用。带正电荷的抗菌肽与细菌细胞膜通过静电相互作用结合后，能够诱导细菌细胞膜产生孔洞，进而导致细菌内容物流出，最终杀死细菌，如图1所示。哺乳动物细胞膜和细菌细胞膜的组成是不同的。哺乳动物细胞膜外层脂质仅由呈电中性的两性磷脂组成，所以不带电；细菌的磷脂双层膜皆含大量带负电荷的磷脂，而且其细胞外壁上含有大量带负电荷的脂多糖或磷壁酸，所以细菌表面呈负电性。因此，在体内抗菌的过程中，抗菌肽能够在基本不影响正常的哺乳动物细胞生存状态的前提下，选择性地结合并杀死带负电的细菌，保证了抗菌肽的生物安全性，具有很大的应用价值。目前市场上常见的抗菌肽由于抗菌活性较低，毒性大、溶血严重，体内半衰期短、酶解稳定性差，成本高，产量低等问题使其应用受到极大的限制。由于哺乳动物的细胞是电中性的，增加链段疏水嵌段比例在促进抗菌肽或聚合物穿过细菌细胞膜的同时，也会提高抗菌肽或聚合物结合电中性的哺乳动物细胞的可能性，导致其选择性降低，毒副作用增加，主要表现为溶血。因此，疏水嵌段比例过大的抗菌肽或聚合物往往因为溶血副作用过大，限制了它们的临床应用。相比之下，控制抗菌肽或聚合物的疏水嵌段比例在一定范围内，适当地增加其正电荷数目和密度，是同时提高抗菌肽或聚合物活性、选择性和减小溶血副作用的有效途径。另外，在生理条件下，由于生物体血液和组织中盐离子的存在会造成电荷屏蔽效应，削弱抗菌肽或聚合物与细菌细胞膜之间的相互吸引，导致抗菌活性的降低甚至丧失。因此，高电荷密度的抗菌肽或聚合物在与盐离子竞争吸附细菌细胞膜时具有更大的优势，其耐盐能力更好。然而，传统线形抗菌肽受限于其结构，其电荷密度难以随着电荷数目增加而显著提高，成为阻碍抗菌肽或聚合物开发的一大难题。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于提供一种支化抗菌聚氨基酸，该抗菌聚氨基酸具有高电荷密度、抗菌活性好、毒性低、稳定性好，且在体内不发生溶血、安全性高的特点。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种支化抗菌聚氨基酸，所述支化抗菌聚氨基酸为：星型支化聚合物或刷状支化聚合物，由内核与支链组成；所述内核为含有4～15个氨基的支化聚合物，所述支链通过肽键与内核偶联；所述支链为纯亲水型聚合物嵌段，所述纯亲水型聚合物嵌段的聚合度为5～20，且所述纯亲水型聚合物嵌段的单体不包括疏水型单体。本专利技术还提供上述支化抗菌聚氨基酸的制备方法，包括：一种支化抗菌聚氨基酸的制备方法，包括以下步骤：取含有8～15个氨基的支化聚合物，通过所述支化聚合物上的氨基引发末端氨基被保护的纯亲水型聚合物的单体发生开环聚合反应；调节所述支化聚合物与所述末端氨基被保护的纯亲水型聚合物的单体的投料比，使亲水型聚合物的聚合度为5～20，最后脱去末端氨基的保护基团；即得以支化聚合物嵌段为内核、亲水型聚合物为支链的支化抗菌聚氨基酸。一种支化抗菌聚氨基酸的制备方法，包括以下步骤：(1)将支化聚合物修饰在树脂上，所述支化聚合物上含有4～8个氨基；(2)以所述支化聚合物为内核，采用Nα-芴甲氧羰基-Nε-叔丁氧羰基-赖氨酸作为反应物，以DMF为溶剂，1-羟基苯并三唑和N，N'-二异丙基碳二亚胺为缩合剂进行耦联反应；所述Nα-芴甲氧羰基-Nε-叔丁氧羰基-赖氨酸的α-氨基用Fmoc保护且ε-氨基用Boc保护；(3)用含哌啶的DMF溶液脱去Fmoc保护基；(4)重复步骤(2)和步骤(3)，以形成所述支化抗菌聚氨基酸的纯亲水型聚合物嵌段支链，控制所述支链的聚合度为5～10；(5)用TFA/DCM混合溶液把多肽从树脂上切下并脱去Boc保护基，纯化后，即得支化抗菌聚氨基酸。本专利技术还提供了上述支化抗菌聚氨基酸在制备抗菌聚合物、抗菌药物、抗菌洗涤剂、抗菌涂层中的应用。基于上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过专利技术人大量创造性劳动，设计得到支化抗菌聚氨基酸，以支化聚合物为内核、纯亲水型聚合物嵌段为支链，并通过控制支链的数目和聚合度，得到一系列具有高电荷密度的支化抗菌聚氨基酸，该支化抗菌聚氨基酸的表面静电势和zeta电位等电荷性质明显大于线形对照，有利于促进抗菌聚氨基酸与带负电的细菌细胞质膜结合，从而提高其抗菌活性。其中，支化抗菌聚氨基酸的支链为纯亲水型的聚合物嵌段，其中合成该嵌段的氨基酸单体不包含疏水型单体，通过控制支链单体的纯亲水特性，并结合纯亲水型聚合物嵌段支链的数目和聚合度在合理范围，使得本专利技术所述的支化抗菌聚氨基酸在获得很好抗菌活性的同时，避免了其毒性作用，不易发生溶血，其生物安全性高。附图说明图1为抗菌聚氨基酸的作用机制示意图；图2为实施例1合成的星形PLL的1HNMR表征结果和GPC表征结果；图3为实施例3中分子动力学模拟的P1(A)、P2(B)、P5(C)和线形PLL(D)的表面静电势示意图；图4为实施例3中星形PLL的zeta电位测试结果；图5为星形PLL的杀菌动力学曲线；图6为皮肤感染模型的建立与星形PLL的治疗结果。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照实施例对本专利技术进行更全面的描述，以下给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。应理解，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如Sambrook等人，分子克隆：实验室手册(NewYork：ColdSpringHarborLaboratoryPress，1989)中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用试剂，均为市售产品。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支化抗菌聚氨基酸，其特征在于，所述支化抗菌聚氨基酸为：星型支化聚合物或刷状支化聚合物，由内核与支链组成；/n所述内核为含有4～15个氨基的支化聚合物，所述支链通过肽键与内核偶联；所述支链为纯亲水型聚合物嵌段，所述纯亲水型聚合物嵌段的聚合度为5～20，且所述纯亲水型聚合物嵌段的单体不包括疏水型单体。/n

【技术特征摘要】
1.一种支化抗菌聚氨基酸，其特征在于，所述支化抗菌聚氨基酸为：星型支化聚合物或刷状支化聚合物，由内核与支链组成；
所述内核为含有4～15个氨基的支化聚合物，所述支链通过肽键与内核偶联；所述支链为纯亲水型聚合物嵌段，所述纯亲水型聚合物嵌段的聚合度为5～20，且所述纯亲水型聚合物嵌段的单体不包括疏水型单体。


2.根据权利要求1所述的支化抗菌聚氨基酸，其特征在于，所述内核选自：超支化聚乙烯亚胺、树枝状聚赖氨酸；和/或
所述纯亲水型聚合物嵌段选自：聚赖氨酸。


3.根据权利要求2所述的支化抗菌聚氨基酸，其特征在于，所述内核为含有8～15个氨基的超支化聚乙烯亚胺，所述纯亲水型聚合物嵌段为聚合度为5～20的聚赖氨酸；或
所述内核为含有4～8个氨基的树枝状聚赖氨酸，所述纯亲水型聚合物嵌段为聚合度为5～10的聚赖氨酸。


4.根据权利要求1～3任一项所述的支化抗菌聚氨基酸，其特征在于，所述支化抗菌聚氨基酸的表面静电势为正值，Zeta电位＞5mV。


5.一种支化抗菌聚氨基酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取含有8～15个氨基的支化聚合物，通过所述支化聚合物上的氨基引发末端氨基被保护的纯亲水型聚合物的单体发生开环聚合反应；
调节所述支化聚合物与所述末端氨基被保护的纯亲水型聚合物的单体的投料比，使亲水型聚合物的聚合度为5～20，最后脱去末端氨基的保护基团；即得以支化聚合物嵌段为内核、亲水型聚合物为支链的支化抗菌聚氨基酸。


6.根据权利要求5所述的支化抗菌聚氨基酸的制备方法，其特征在于，所述末端氨基被保护的纯亲水型聚合物的单体为ε-苄氧羰基-赖氨酸-N-羧基-环内酸酐；所述含有8～15个氨基的支化聚合物内核为超支化聚乙烯亚胺。


7.根据权利要求6所述的支化抗菌聚氨基酸的制备方法，其特征在于，所述支化抗菌聚氨基酸的制备步骤如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：陆超，吴传斌，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44