负载甲硝唑的季铵盐修饰的核壳型中空介孔硅颗粒的合成及抗菌性研究

发布时间：2020-05-20 09:41

【摘要】：目的:目前感染仍然是临床上最为常见的并发症。然而传统的抗菌治疗方式,不管是全身或是局部应用抗生素都展示出不少的弊端。因此,将抗菌药物进行负载并在局部释放而产生强大且持久的抗菌作用的药物传递系统是临床所需要的。空心介孔二氧化硅纳米颗粒(Hollow mesoporous silica nanoparticles,HMS)由于其独特的理化性质,使得其在药物负载传递上具有巨大的应用前景。而且不同于传统抗生素的季铵盐类抗菌材料也显示出了抗菌谱广,不易产生耐药的特点,还可进一步结合于介孔硅材料表面赋予材料一定的抗菌能力。因此,本文中将利用二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵(Dimethyloctadecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl]ammonium chloride,SiQAC)中的QAC嫁接于HMS表面,获得具有亲脂性-C_(18)H_(37)烷基长链的季铵盐修饰空心介孔硅纳米颗粒(Quaternary ammonium silane-coupled hollow mesoporous silica nanoparticle,QHMS)。QHMS被用于创建抗生素递送系统。将具有抗牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis,P.g)特异性抗菌活性的甲硝唑(Metronidazole,MDZ)装载到QHMS的空心孔隙中以构建具有直接接触杀灭和抗生素释放双重特性的药物传递系统(MDZ@QHMS)。材料与方法:第一部分利用初始合成的壳核结构空心介孔硅在溶液表面形成的是活性硅醇基团(Si-OH)的特性,将二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵中的QAC嫁接于HMS表面,获得具有亲脂性-C_(18)H_(37)烷基长链的季铵盐修饰空心介孔硅纳米颗粒。并且通过将QHMS作为药物载体装载具有抗厌氧菌能力的甲硝唑(Metronidazole,MDZ)获得负载甲硝唑的空心介孔硅(MDZ@QHMS)。使用了一系列的物理、化学方法对接入QAC(Quaternary ammonium compound)功能基团的空心介孔硅纳米颗粒的内部物理结构以及化学结构进行表征,包括:透射电镜(Transmission electron microscopy,TEM)、X-射线粉末(Powder X-Ray diffraction,XRD)、傅里叶转换红外光谱分析(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectrograph,XPS)及氮气吸附脱附实验(Nitrogen adsorption and desorption experiment)。荧光素钠洗脱实验以及溴酚蓝实验用来检测嫁接及一段时间后游离的QAC基团的物质的量。紫外-可见光光度计(Ultraviolet and visible spectrophotometer,Uv-vis)用于观察药物负载以及释放趋势。第二部分使用人牙龈成纤维细胞检验MDZ@QHMS的细胞毒性以确定合适的抗菌浓度。细胞增殖活性检测试剂盒(Cell counting kit,CCK-8)将用来评估材料与细胞共培养1周时间内其对细胞增殖活力的影响。进一步的将分别使用大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli,ATCC25922),金黄色葡萄球菌(Streptococcus aureus,S.a,ATCC25977)及牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis,P.g,ATCC33277)形成含单一菌群的菌斑生物膜,并使用获得的菌斑生物膜对MDZ@QHMS上嫁接的QAC及其中释放的有效浓度的甲硝唑的抗菌效果进行评测。其抗菌的结果将使用荧光死活菌染料(LIVE/DEAD?BacLight?Bacterial Viability Kits)染色后于激光共聚焦扫描电子显微镜下观察生物膜状况,并且使用菌落计数法(Colony-forming units count,CFU count)及细菌的活力测试XTT试剂进行定量评估。结果:1.通过自模板法可以成功合成大小、孔径、结构、形貌可控的中空介孔硅颗粒,并且QAC长链可以成功通过Si-O-Si共价锚接在介孔硅表面合成季铵盐修饰的中空介孔硅QHMS。将QHMS作为药物载体,通过溶剂挥发法负载的甲硝唑形成稳定的MDZ@QHMS药物传递系统。此系统表现出良好的药物负载能力和MDZ局部缓释能力。2.MDZ@QHMS 100μg/ml以下使用时表现出了良好的生物相容性。超过100μg/ml时,表现出对人牙龈成纤维细胞的活力具有轻微的抑制作用。在7天内抗菌实验中观察到单纯的100μg/ml QHMS即有对金黄色葡萄球菌,大肠杆菌的抗菌作用,而对牙龈卟啉单胞菌基本无效。25-200μg/ml MDZ@QHMS则表现出对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和牙龈卟啉单胞菌生物膜都具有抗菌活性。其抗菌能力随浓度的升高而逐渐增加。结论:通过自模板法合成的负载甲硝唑的季铵盐修饰空心介孔硅MDZ@QHMS具有稳定的介孔结构和持续的甲硝唑释放效果,表现出良好的生物相容性和抗菌能力。
【图文】：

透射电镜,透射电镜,介孔结构

QHMS 及 MDZ@QHMS 透射电镜图（a:尺寸约 220-250 nm 的 SiO2实心球; b:选择性碱性蚀刻过程形成表面的介孔及中空结构; c:蚀刻完成后的 HMS@CTAB; d:去除 CTAB 后的 QHMS 树脂包埋切片图; e:高倍下 MDZ@QHMS 树脂包埋切片图显示的负载在空腔的甲硝唑）1.3.1.2 X 射线衍射表征小角度XRD通常可以用来检测规格介孔结构及其晶格参数。HMS，QHMS及 MDZ@QHMS 的小角度 XRD 结果如下图 1.2，HMS 在 2°左右有特征性的单峰，而 QHMS 作为有序的空心介孔结构，，在 2°左右存在 3 峰，此种特征性峰在甲硝唑载入后依然保有说明了 QHMS 纳米介孔结构的稳定性。HKL 晶面系数显示主要为 HMS 主要为 211，220。而 QHMS 主要为 321，400，420。

XRD图谱,小角度,XRD图谱,介孔结构

QHMS 及 MDZ@QHMS 的小角度 XRD 图谱（小角度衍射后 HMS,QHMS 及 MDZ@QHMS 均在 2°左右出现了峰值变化，两峰及三峰的出现是介孔结构的特征峰）
【学位授予单位】：福建医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R943;R96

【参考文献】