Poly(ε-caprolactone)-Polypeptide Copolymer Micelles Enhance the Antibacterial Activities of Antibiotics

Lingshan Chen Yuanxiu Hong Shisheng He Zhen Fan Jianzhong Du

Citation:  Lingshan Chen, Yuanxiu Hong, Shisheng He, Zhen Fan, Jianzhong Du. Poly(ε-caprolactone)-Polypeptide Copolymer Micelles Enhance the Antibacterial Activities of Antibiotics[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(10): 191005. doi: 10.3866/PKU.WHXB201910059 shu

聚(ε-己内酯)-多肽共聚物胶束增强抗生素的抗菌活性

    通讯作者: 贺石生, tjhss7418@tongji.edu.cn
    范震, fanzhen2018@tongji.edu.cn
    杜建忠, jzdu@tongji.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21925505

    国家自然科学基金 21674081

    国家自然科学基金 51803152

    中央高校基本科研业务费 22120180109

    上海市自然科学基金 19ZR1478800

摘要: 细菌感染对人类健康构成了严重威胁,而传统抗生素治疗可能导致如胃病、细菌耐药等一系列副作用。因此,亟需发展提高抗生素抗菌效率的新方法。在本文中,我们通过氨基酸环内酸酐和ε-己内酯开环聚合合成了多肽基的聚合物[PCL34-b-PGA30-b-P(Lys16-stat-Phe12)]。在碱性环境中,此聚合物能够自组装成带负电荷的胶束(其zeta电位值为-26.7 mV)。通过透射电子显微镜和动态光散射可以证实组装体的胶束结构。此胶束具有药物缓释的特性,并且胶束上含有的抗菌多肽链段能够有效杀死细菌,因此该胶束能够很大程度上提高抗生素的抗菌效率。实验证实该载药胶束对革兰氏阴性菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)均具有较好的抗菌活性,最小抑菌浓度值分别为7.8和18.2 μg·mL-1。这种胶束包载妥布霉素的载药率和载药量分别为24.3%和5.2%。因此,胶束中实际含有的抗生素量为0.4和0.9 μg·mL-1,小于妥布霉素的最小抑菌浓度值。总的来说,该胶束有望大幅降低抗生素的使用量,并减少临床上抗生素过量使用造成的副作用。

English

    1. [1]

      Morris, C. A.; Conway, H. D.; Everall, P. H. Lancet 1972, 300, 1375. doi: 10.1016/S0140-6736(72)92830-9

    2. [2]

      Thomas, M.; Noah, N. D.; Male, G. E.; Stringer, M. F.; Kendall, M.; Gilbert, R. J.; Jones, P. H.; Phillips, K. D. Lancet 1977, 309, 1046. doi: 10.1016/S0140-6736(77)91272-7

    3. [3]

      Brundage, J. F. Lancet Infect. Dis. 2006, 6, 303. doi: 10.1016/s1473-3099(06)70466-2

    4. [4]

      Khoshnood, S.; Heidary, M.; Haeili, M.; Drancourt, M.; Darban-Sarokhalil, D.; Nasiri, M. J.; Lohrasbi, V. Int. J. Biol. Macromol. 2018, 120, 180. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.08.037

    5. [5]

      Galagan, J. E. Nat. Rev. Genet. 2014, 15, 307. doi: 10.1038/nrg3664

    6. [6]

      Hersh, D.; Weiss, J.; Zychlinsky, A. Curr. Opin. Microbiol. 1998, 1, 43. doi: 10.1016/s1369-5274(98)80141-0

    7. [7]

      Hostetler, K. Y.; Hall, L. B. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1982, 79, 1663. doi: 10.1073/pnas.79.5.1663

    8. [8]

      Anne, S.; Reisman, R. E. Ann. Allergy, Asthma, Immunol. 1995, 74, 167.

    9. [9]

      Granowitz, E. V.; Brown, R. B. Crit. Care Clin. 2008, 24, 421. doi: 10.1016/j.ccc.2007.12.011

    10. [10]

      Tan, Y. T.; Tillett, D. J.; McKay, I. A. Mol. Med. Today 2000, 6, 309. doi: 10.1016/s1357-4310(00)01739-1

    11. [11]

      Hancock, R. E. W.; Lehrer, R. Trends Biotechnol. 1998, 16, 82. doi: 10.1016/s0167-7799(97)01156-6

    12. [12]

      Davies, J. Science 1994, 264, 375. doi: 10.1126/science.8153624

    13. [13]

      Jennings, M. C.; Minbiole, K. P. C.; Wuest, W. M. ACS Infect. Dis. 2015, 1, 288. doi: 10.1021/acsinfecdis.5b00047

    14. [14]

      Marambio-Jones, C.; Hoek, E. M. V. J. Nanopart. Res. 2010, 12, 1531. doi: 10.1007/s11051-010-9900-y

    15. [15]

      孙磊, 刘爱心, 黄红莹, 陶小军, 赵彦保, 张治军.物理化学学报, 2011, 27, 722. doi: 10.3866/PKU.WHXB20110235Sun, L.; Liu, A. X.; Huang, H. Y.; Tao, X. J.; Zhao, Y. B.; Zhang, Z. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 722. doi: 10.3866/PKU.WHXB20110235

    16. [16]

      Reiad, N. A.; Salam, O. E. A.; Abadir, E. F.; Harraz, F. A. Chin. J. Polym. Sci. 2013, 31, 984. doi: 10.1007/s10118-013-1263-2

    17. [17]

      Huang, A.; Xu, S.; Wei, G.; Ma, L.; Gao, C. Y. Chin. J. Polym. Sci. 2009, 27, 865. doi: 10.1142/s025676790900459x

    18. [18]

      Ghasemzadeh, H.; Sheikhahmadi, M.; Nasrollah, F. Chin. J. Polym. Sci. 2016, 34, 949. doi: 10.1007/s10118-016-1807-3

    19. [19]

      Sun, H.; Hong, Y. X.; Xi, Y. J.; Zou, Y. J.; Gao, J. Y.; Du, J. Z. Biomacromolecules 2018, 19, 1701. doi: 10.1021/acs.biomac.8b00208

    20. [20]

      Zhou, C. C.; Wang, M. Z.; Zou, K. D.; Chen, J.; Zhu, Y. Q.; Du, J. Z. ACS Macro Lett. 2013, 2, 1021. doi: 10.1021/mz400480z

    21. [21]

      袁康, 周雪, 杜建忠.物理化学学报, 2017, 33, 656. doi: 10.3866/PKU.WHXb201701162Yuan, K.; Zhou, X.; Du, J. Z. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 656. doi: 10.3866/PKU.WHXb201701162

    22. [22]

      Wang, M. Z.; Wang, T.; Yuan, K.; Du, J. Z. Chin. J. Polym. Sci. 2016, 34, 44. doi: 10.1007/s10118-016-1725-4

    23. [23]

      李婷, 向双飞, 东为富, 马丕明, 施冬健, 陈明清.物理化学学报, 2016, 32, 2761. doi: 10.3866/PKU.WHXB201608261Li, T.; Xiang, S. F.; Dong, W. F.; Ma, P. M.; Shi, D. J.; Chen, M. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 2761. doi: 10.3866/PKU.WHXB201608261

    24. [24]

      Zou, Y. J.; He, S. S.; Du, J. Z. Chin. J. Polym. Sci. 2018, 36, 1239. doi: 10.1007/s10118-018-2156-1

    25. [25]

      余康, 田翠翠, 李霞, 廖学品, 石碧.物理化学学报, 2018, 34, 543. doi: 10.3866/PKU.WHXB201709291Yu, K.; Tian, C.; Li, X.; Liao, X.; Shi, B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34, 543. doi: 10.3866/PKU.WHXB201709291

    26. [26]

      Xu, D. F.; Cai, J.; Zhang, L. N. Chin. J. Polym. Sci. 2016, 34, 1281. doi: 10.1007/s10118-016-1840-2

    27. [27]

      Wade, R. J.; Burdick, J. A. Nano Today 2014, 9, 722. doi: 10.1016/j.nantod.2014.10.002

    28. [28]

      Smith, K. H.; Tejeda-Montes, E.; Poch, M.; Mata, A. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 4563. doi: 10.1039/c1cs15064b

    29. [29]

      Oh, J. K. Soft Matter 2011, 7, 5096. doi: 10.1039/c0sm01539c

    30. [30]

      Zhou, Y.; Huang, W.; Liu, J.; Zhu, X.; Yan, D. Adv. Mater. 2010, 22, 4567. doi: 10.1002/adma.201000369

    31. [31]

      Mai, Y.; Eisenberg, A. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5969. doi: 10.1039/c2cs35115c

    32. [32]

      Philp, D.; Stoddart, J. F. Angew. Chem., Int. Ed. 1996, 35, 1154. doi: 10.1002/anie.199611541

    33. [33]

      Li, H.; Li, J.; He, X.; Zhang, B.; Liu, C.; Li, Q.; Zhu, Y.; Huang, W.; Zhang, W.; Qian, H.; et al. Chin. Chem. Lett. 2019, 30, 1083. doi: 10.1016/j.cclet.2019.01.003

    34. [34]

      Yang, Z.; Peng, Y.; Qiu, L. Chin. Chem. Lett. 2018, 29, 1839. doi: 10.1016/j.cclet.2018.11.009

    35. [35]

      Antonietti, M.; Forster, S. Adv. Mater. 2003, 15, 1323. doi: 10.1002/adma.200300010

    36. [36]

      Sun, T.; Yang, X.; Zhu, C.; Zhao, N.; Dong, H.; Xu, J. Chin. Chem. Lett. 2019, 30, 477. doi: 10.1016/j.cclet.2018.07.014

    37. [37]

      Zhao, X.; Pan, F.; Xu, H.; Yaseen, M.; Shan, H.; Hauser, C. A. E.; Zhang, S.; Lu, J. R. Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 3480. doi: 10.1039/b915923c

    38. [38]

      Bryaskova, R.; Pencheva, D.; Kyulavska, M.; Bozukova, D.; Debuigne, A.; Detrembleur, C. J. Colloid Interface Sci. 2010, 344, 424. doi: 10.1016/j.jcis.2009.12.040

    39. [39]

      Yuan, W. Z.; Wei, J. R.; Lu, H.; Fan, L.; Du, J. Z. Chem. Commun. 2012, 48, 6857. doi: 10.1039/c2cc31529g

    40. [40]

      Xi, Y. J.; Wang, Y.; Gao, J. Y.; Xiao, Y. F.; Du, J. Z. ACS Nano 2019. doi: 10.1021/acsnano.9b03237

    41. [41]

      Benson, J. R.; Hare, P. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1975, 72, 619. doi: 10.1073/pnas.72.2.619

    42. [42]

      Deacon, J.; Abdelghany, S. M.; Quinn, D. J.; Schmid, D.; Megaw, J.; Donnelly, R. F.; Jones, D. S.; Kissenpfennig, A.; Elborn, J. S.; Gilmore, B. F.; et al. J. Controlled Release 2015, 198, 55. doi: 10.1016/j.jconrel.2014.11.022

    43. [43]

      Lilja, M.; Soerensen, J. H.; Brohede, U.; Astrand, M.; Procter, P.; Arnoldi, J.; Steckel, H.; Stromme, M. J. Mater. Sci.: Mater. Med. 2013, 24, 2265. doi: 10.1007/s10856-013-4979-1

    44. [44]

      Zhou, C. C.; Yuan, Y.; Zhou, P. Y.; Wang, F. Y. K.; Hong, Y. X.; Wang, N. S.; Xu, S. G.; Du, J. Z. Biomacromolecules 2017, 18, 4154. doi: 10.1021/acs.biomac.7b01209

    45. [45]

      Wise, J. P.; Goodale, B. C.; Wise, S. S.; Craig, G. A.; Pongan, A. F.; Walter, R. B.; Thompson, W. D.; Ng, A. K.; Aboueissa, A. M.; Mitani, H.; et al. Aquat. Toxicol. 2010, 97, 34. doi: 10.1016/j.aquatox.2009.11.016

    46. [46]

      Wei, L.; Cai, C.; Lin, J.; Chen, T. Biomaterials 2009, 30, 2606. doi: 10.1016/j.biomaterials.2009.01.006

    47. [47]

      Johnson, W. C., Jr.; Tinoco, I., Jr. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 4389. doi: 10.1021/ja00767a084

    48. [48]

      Sun, J.; Deng, C.; Chen, X.; Yu, H.; Tian, H.; Sun, J.; Jing, X. Biomacromolecules 2007, 8, 1013. doi: 10.1021/bm0609792

    49. [49]

      Chung, J. E.; Yokoyama, M.; Okano, T. J. Controlled Release 2000, 65, 93. doi: 10.1016/s0168-3659(99)00242-4

    50. [50]

      Chan, A. S.; Chen, C. H.; Huang, C. M.; Hsieh, M. F. J. Nanosci. Nanotechnol. 2010, 10, 6283. doi: 10.1166/jnn.2010.2536

    51. [51]

      Hang, Z.; Ni, R.; Zhou, J.; Mao, S. Drug Discovery Today 2015, 20, 380. doi: 10.1016/j.drudis.2014.09.020

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  13
  • 文章访问数:  627
  • HTML全文浏览量:  105
文章相关
  • 发布日期:  2021-10-15
  • 收稿日期:  2019-10-28
  • 接受日期:  2019-12-09
  • 修回日期:  2019-12-06
  • 网络出版日期:  2019-12-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章