含有甲酰苯基基团的共聚物的杀菌活性：用于靶向表面蛋白

《ACS Polymers Au》：Bactericidal Activities of Copolymers Incorporating Formylphenyl Motif for Targeting Surface Proteins

本研究设计并合成了含氨基和醛基的抗菌共聚物，通过静电作用和动态共价键形成双结合机制，显著降低耐药菌感染风险。通过系统评价不同配比和结构的共聚物，发现梯度共聚物G能更高效地破坏细菌细胞结构，同时保持对哺乳动物细胞的低毒性。分子自组装特性与抗菌活性呈正相关，且聚合物通过改变表面电荷和蛋白结合模式增强靶向性。

　　本研究围绕抗菌性聚合物的开发展开，重点探讨了其结构设计对杀菌性能和生物相容性的影响。随着抗生素的过度使用和管理不善，抗菌耐药性问题日益严重，给全球公共卫生带来了巨大挑战。因此，寻找新的抗菌策略变得尤为迫切。抗菌性聚合物因其非特异性作用机制，可以广泛针对多种细菌，成为替代传统抗生素的重要方向。在本研究中，科学家们设计了一种新型抗菌性聚合物，其结合了两种不同的作用机制：一种是通过静电相互作用与细菌的带负电荷的膜表面结合，另一种是通过可逆的席夫碱（imine）键与细菌表面蛋白形成动态共价键。这种双重结合机制使聚合物能够在细菌表面稳定结合，并通过物理破坏实现杀菌效果。

研究团队选择了含有两种功能基团的单体：一种是N-(3-醛基苯基)丙烯酰胺（FPAA），它能够与细菌表面的氨基基团反应，形成可逆的席夫碱键；另一种是(3-丙烯酰氨基丙基)三甲基铵（APTAC），其永久正电荷能够与细菌膜上的负电荷发生静电相互作用。通过改变这些单体的化学组成和聚合物结构，研究人员系统地评估了抗菌性聚合物的性能。他们发现，随着FPAA含量的增加，抗菌活性呈现出下降趋势，这表明FPAA的存在可能对聚合物的杀菌能力产生一定的负面影响。相反，APTAC的增加则有助于提高抗菌效果。这一发现提示，在设计抗菌性聚合物时，需要在静电相互作用和表面蛋白结合之间找到一个平衡点。

为了进一步探究聚合物结构对其抗菌性能的影响，研究人员还比较了不同架构的聚合物，包括梯度共聚物（gradient copolymer）和双嵌段共聚物（diblock copolymer）。他们发现，尽管这两种聚合物的最小抑菌浓度（MIC）相近，但在杀菌能力方面，梯度共聚物表现出更强的效果。这可能与它们的自组装行为有关，梯度共聚物更容易形成稳定的纳米结构，从而更有效地与细菌相互作用并造成破坏。此外，研究人员还通过透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）等技术观察了聚合物在不同浓度下的自组装行为，发现其形成的纳米颗粒大小和分布情况存在显著差异。

在光学显微镜下，研究人员观察到两种聚合物对细菌形态的改变。对于含有FPAA的梯度共聚物（G），在MIC浓度下，细菌的形态被破坏，形成球形结构，表明其通过物理破坏机制实现杀菌。而对于双嵌段共聚物（AF），则在低浓度下就形成了纤维状结构，表明其作用机制可能涉及更复杂的相互作用。这种结构上的差异可能影响了它们的抗菌效率和对宿主细胞的毒性。

为了评估这些抗菌性聚合物在人体内的安全性，研究人员还进行了生物相容性研究，包括对哺乳动物细胞（如HEK 293细胞）和红细胞（RBCs）的毒性测试。结果显示，这些聚合物在MIC浓度下对HEK 293细胞的毒性较低，甚至在某些情况下表现出良好的细胞相容性。然而，它们在红细胞上表现出一定的聚集作用，但并未引起明显的溶血现象。这表明这些聚合物在某些情况下可能具有作为生物粘附剂的潜力，特别是在处理感染性伤口时。

在进一步的实验中，研究人员通过扫描电子显微镜（SEM）观察了聚合物与细菌相互作用后的微观结构变化。结果显示，聚合物与细菌结合后，不仅改变了细菌的形态，还导致了细胞膜的破裂和细胞内容物的释放。这种物理破坏机制与传统抗生素的作用方式不同，而是通过聚合物自身的结构和自组装行为实现杀菌效果。

研究还探讨了抗菌性聚合物在不同培养基中的表现。在NB培养基中，这些聚合物表现出较强的抗菌活性，而在caMHB培养基中，其MIC值有所上升。这可能与培养基成分对聚合物自组装行为的影响有关。此外，研究人员还通过ζ电位测量评估了聚合物的表面电荷特性，发现FPAA的引入可能增强了聚合物的稳定性，但也降低了其杀菌能力。

综上所述，这项研究为抗菌性聚合物的设计提供了新的思路。通过引入双重结合机制，这些聚合物不仅能够有效破坏细菌，还能在一定程度上保持对哺乳动物细胞的低毒性。未来，这些材料可能在医疗领域发挥重要作用，特别是在开发新型抗菌药物和生物粘附剂方面。然而，进一步的研究仍需关注其在不同环境下的稳定性、长期安全性以及实际应用中的效果，以确保其在临床中的可行性和有效性。