卟啉基自组装纳米材料的制备及其抗菌治疗的研究

发布时间：2020-09-16 12:51

　　细菌感染所造成的人员死伤以及社会资源的占用给人类带来了极大困扰。而青霉素、头孢霉素等抗生素的使用在很大程度上帮助人们来对抗细菌感染。但随着抗生素的过多使用,耐药菌被筛选并且种类和数量逐年增多,部分耐药性菌株进而演变为超级细菌,严重威胁着人类的健康。因此,随着“后抗生素”时代的来临,开发新型的抗菌疗法正是预防以及治疗耐抗生素菌的有效途径。光动力抗菌治疗和声动力抗菌治疗是基于活性氧簇(ROS)杀灭细菌的新型抗菌疗法,具有无创伤,无抗生素,低毒,对细菌没有筛选性等优点而引起了广泛关注。光动力抗菌治疗的关键是开发新型高效的光敏剂,而金属卟啉组装体纳米颗粒由于具有高度的共轭结构,在可见光区域具有比较宽的光吸收范围,较高的单线态氧量子产率等优点,成为一类理想的高效光敏剂。但是由于光的组织穿透深度比较浅,仅适用于表层细菌感染的治疗,因而在深层次的细菌感染中,声动力治疗因具有比较好的穿透深度而越来越受到重视。但如何将声敏剂富集在感染部位,并对声敏剂的富集量实现原位观测而使其达到最适的治疗浓度是目前声动力治疗发展的重点。针对以上问题我们开展了以下两个方面研究:1.采用酸碱中和胶束限域自组装的方法,调节反应条件如反应溶液中的pH,乳化剂种类以及浓度,反应温度,可控制备大小均一、形貌规整的锌卟啉(ZnTPyP)自组装纳米颗粒,利用卟啉中心Zn与一氧化氮(NO)的配位作用实现对NO的有效吸附制备ZnTPyP@NO纳米颗粒。通过红外光谱(IR),热重分析(TGA),证明了ZnTPyP自组装纳米颗粒吸附一氧化氮的量为~20%wt。实现高负载量的同时,ZnTPyP@NO纳米颗粒在常温常压避光条件下,存储六个月之后一氧化氮吸附量基本无变化,克服了传统的负载一氧化氮的载体必须在比较苛刻的条件(如负20℃,真空环境)下保存的缺点,极大的方便了材料的保存、运输和使用。ZnTPyP@NO纳米颗粒在光照条件下不仅可以产生ROS,同时释放一氧化氮,两者相互协同作用,生成过氧亚硝酸根离子,可以非常高效的对细菌进行杀灭。抗菌实验结果表明,ZnTPyP和ZnTPyP@NO纳米颗粒,显示了其极低的暗毒性。光照条件加入后,ZnTPyP和ZnTPyP@NO纳米颗粒均表现出较好的杀菌效果,ZnTPyP@NO由于可以产生活性氧的同时释放一氧化氮,并且还有过氧亚硝酸根的生成,所以ZnTPyP@NO纳米颗粒的杀菌效果明显优于ZnTPyP纳米颗粒。2.我们设计了一种卟啉-多肽形变自组装纳米体系M1,M1含有声敏剂MnTCPP、细菌靶向肽CGGGTGRAKRRMQYNR、疏水部分超支化bis-MPA聚酯-64-羟基、明胶酶响应性组装链段以及亲水链段KLVFFPLGVRG-PEG_(2000)。M1在水溶液中形成10-40纳米尺寸的球形纳米粒子,通过EPR(Enhanced permeability and retention effect)效应在细菌感染部位有效的累积。在细菌感染部位明胶酶的作用下切除PEG保护基团,同时由于靶向肽的引导,使声敏剂MnTCPP靶向沉积在细菌表面。另外,随着PEG保护基团的切除,纳米粒子亲水性降低,在形变肽段KLVFF的作用下诱导组装形变,使纳米材料在细菌表面原位自组装,通过AIR(Assembled-induced retention)效应使声敏剂MnTCPP更加高效的滞留在感染部位,克服了对于传统的纳米颗粒富集之后的滞留时间相对过短的问题。MnTCPP除了被引入而作为声敏剂之外,还可以作为核磁成像试剂来监测在细菌感染部位的药物累积量,实现了原位监测。我们利用体外的抗菌实验探索出了MIC,然后在活体感染模型中通过核磁成像信号的监测来计算出材料在细菌感染部位的累积量,在材料浓度刚刚大于MIC的时候进行超声治疗,实现了对MRSA(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)深层感染的彻底治疗。这一材料实现了深层耐药菌感染的原位监测及声动治疗,为深层耐药菌感染的精确治疗提供了一种新的思路。
【学位单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;R318.08
【部分图文】：

全球分布,耐甲氧西林金黄色葡萄球菌,耐药菌

范围的逐渐流行引起了人们的密切关注，其对人类发新型抗菌药物以及新型的治疗方法来解决这一难氧西林金黄色葡萄球菌）的出现使人们迫切需要针得耐药菌正式敲响人类对抗生素依赖的警钟。据家达 30%，而抗生素在我国的使用率更是达到 60%需要开发新型的抗菌剂和发展新的抗菌治疗手段。的危害性今就是威胁人类健康的一大隐患。早在 1928 年，发现的盘尼西林作为代表的首批抗生素使人们在是好景不长，随着人们对抗生素的过度依赖使得系列耐药菌被逐步筛选出来并逐渐流行，我国每人均剂量为 138g，这是一个很庞大的数字。滥用

图像信息,石墨,抗菌剂

图 1-2 不同氧化锌纳米花的图像信息[20]为氧化锌不仅具有较好稳定性而且较为安全[20]。在这样的背景下，有研究型的氧化锌纳米花（如图 1-2 所示），进而研究不同氧化锌纳米花杀菌效[21]。但是由于尺寸问题等限制，这种设计合成的氧化锌纳米花不能应用于感染。氧化铜也是一种优秀的抗菌剂，但是由于铜离子的高生物毒性而使很大限制，所以研究者还要针对这种材料的不足来设计发明新型的抗菌材机非金属材料，作为新型的抗菌剂，经研究证明，碳纳米管和石墨烯材料抗菌性能[22]，不过关于石墨烯的抗菌机制并不是很清楚[23-26]。基于石墨烯革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌基本没有选择性，都有较强的杀灭作用。有基于氧化石墨烯和聚合物进行联合治疗，使微生物摄取营养的能力受到影步导致了细菌的死亡[27, 28]。石墨烯材料虽然在电池，ORR（氧气还原反应比较普遍，但它在生物体中的应用还需要进一步的研究。机小分子材料，也具有一定的抗菌活性。细菌形成生物膜之后对抗生素的

抗菌性能,二氧化钛,形貌,光敏剂

素的发现和普遍使用使人们在对抗细菌感染的过程中找到了有效的方法，也同时由于人们对抗生素的过度依赖，造成了人们在治疗细菌感染的道路上停滞不前。光动治疗技术作为新型的无创伤型的技术，逐渐的受到研究人员的重视。光动力治疗需要同时具备光敏剂和光照条件[37]。无论是光敏剂还是光照条件，二者缺一不可，相辅相成。光敏剂存在目标位置接受光的照射，光敏剂会吸收光能同时把光能传递给周围的氧，使氧受激发产生活性氧，活性氧与细菌或者肿瘤作用，达到抗菌或者抗肿瘤的效果[38]。由于光动力治疗的特殊的作用机理，耐多种抗生素的细菌对活性氧敏感，容易受到光动力产生的活性氧的杀伤，而在没有细菌感染的部位可以选择性的遮挡触发光使其免于受到副作用。因此，光动治疗技术是一条可控友好的抗菌新途径。在光源照射下，不同的光敏剂表现出不同的光敏效果，主要是因为不同的光敏剂具有不同的吸收效率，辐射转化等，而且由于光敏剂所在的位置不同使其产生的活性氧具有不同的扩散范围。光敏剂负载量的多少是光动力治疗效果好坏的一个重要参考依据。面对目前耐药型的细菌所导致的病患感染反复的这一现状，光动力治疗以其高效的活性氧的产生以及对耐药菌有效的杀伤能力

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