随着抗生素的过度使用，微生物耐药性问题日益严重。2021年，世界卫生组织（WHO）宣布，抗微生物药物耐药性已成为人类面临的全球十大公共卫生威胁之一。因此，亟需发展新型抗菌药物或抗菌技术。抗菌性多肽因其多重抗菌机制，不易引发耐药性，因而被称为“下一代抗生素”。
近年来，中国科学院理化技术研究所的生物纳米材料研发团队与多家医院合作，针对微生物感染引起的临床问题，设计制备了多种抗菌性多肽及相关功能性材料，并在多种感染性疾病动物模型上获得了验证。研发团队不仅设计了广谱型抗菌肽（ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 13731），而且针对特定的疾病环境也研发了新型窄谱的选择性抗真菌肽（Advanced Healthcare Materials, 2024, 2303755）。为了克服真菌性角膜炎中的角膜基质屏障，研发团队与天津医科大学眼科医院合作，将抗菌肽与多糖偶联，设计出能快速渗透角膜基质全层并杀死病原体而不引起眼表刺激性的多肽偶联物纳米组装体（Advanced Healthcare Materials, 2023, 12, 2202409）。为了克服医疗器械的革兰氏阴性菌相关感染，研发团队将亮氨酸四肽与高分子偶联构建抗菌表面涂层，所得聚乙二醇-亮氨酸短肽功能化表面在不引入正电荷的条件下，能够显著抑制体内植入体的表面微生物感染（Journal of Colloid and Interface Science, 2023, 641, 126）。
抗菌肽基生物材料的设计及在多种疾病模型中的应用
近日，研发团队与北京应急总医院合作，针对骨髓炎病程长、发生部位深且多由耐药菌诱发的问题，设计了一种对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）抗菌性能优异的抗菌肽，并构建了可原位成型的酶响应抗菌水凝胶。该水凝胶由四臂聚乙二醇马来酰亚胺（4-Arm-PEG-Mal)、N端马来酰亚胺化的抗菌肽（Mal-AMP）以及两端含巯基的胶原酶可切割肽（HS-VPM-SH）通过化学键合构成。由于马来酰亚胺和巯基之间的快速键合，所设计的AMP/VPM/PEG水凝胶可以在生理条件下快速原位成型。此外，细菌感染处过表达的胶原酶可酶解水凝胶实现抗菌肽的按需递送，从而增强抗菌肽在感染环境中对抗MRSA的活性。在体内大鼠骨髓炎模型中，只需用26 G针向骨髓腔中分别注射4-Arm-PEG-Mal溶液及多肽溶液即可使水凝胶在骨髓腔中原位形成，CT结果证明AMP/VPM/PEG水凝胶可以成功预防MRSA诱导的骨髓炎。这项工作为抗菌肽的髓内按需递送提供了一种微创方法，并可能为临床预防骨髓炎提供一种可行的策略。相关工作发表于Chemical Engineering Journal, 2024, 489, 151475。论文第一作者为理化所博士生李可佳和助理研究员鞠晓燕，通讯作者为理化所田野副研究员和北京应急总医院杜传超医生，研究工作得到了牛忠伟研究员的悉心指导。
以上研究工作得到了国家自然科学基金、理化所所长基金的资助。感谢中国人民解放军总医院、天津医科大学眼科医院、北京应急总医院、北京积水潭医院的合作与支持。
文章链接：
1.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724029620
2.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202303755
3.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979723003971?via%3Dihub
4.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202202409
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