華理賀曉鵬團隊:在非抗生素型抗菌材料、抗菌肽微球領域取得重要進展

近期,華東理工大學費林加諾貝爾科學傢聯合研究中心賀曉鵬教授課題組在分子組裝材料的生物醫學應用領域取得階段性研究進展,相關成果連續發表於《美國化學會志》與《德國應用化學》。

臨床上多重耐藥菌(超級細菌)的頑固性感染已成為威脅醫院ICU病患生命安危的首要因素之一,然而傳統抗生素的研發過程卻大大滯後於細菌耐藥性的產生,於是如何發展高效、新穎的非抗生素型抑菌策略成為瞭全球生物醫藥從業者所面臨的重大挑戰性難題。基於上述關鍵臨床問題,研究人員通過分子自組裝技術,發展瞭1)基於結構可控新材料的分子自組裝靶向抑菌材料,及2)基於環糊精的自組裝抗菌肽微球,實現瞭多種革蘭氏陽性與革蘭氏陰性超級細菌的體外與在體殺滅。

基於前期糖基二維自組裝材料構建及其光動力學與光熱雙模式抗綠膿桿菌的工作基礎(Adv. Funct. Mater.2019, 29, 1806986),研究團隊與上海交通大學麥亦勇教授合作,合成瞭結構可控的石墨烯納米帶材料,驗證瞭其優異的光熱性能(Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 3366),並進一步與韓國梨花女子大學Juyoung Yoon教授合作,合成瞭陽離子型卟啉衍生物,通過靜電、π-π堆疊等非共價相互作用,構建瞭石墨烯納米帶/卟啉復合材料,通過一系列體外與在體實驗證明,該材料可經由電荷吸引結合到細菌表面,進而通過光誘導納米帶的光熱性能與卟啉光動力學性能,協同抑制一系列革蘭氏陽性與革蘭氏陰耐藥菌的生長,並進一步實現瞭小鼠表皮感染超級細菌的高效清除,其性能優於臨床常規抗生素藥物(下圖)。上述工作為臨床超級細菌感染提供瞭一類非抗生素型抗菌材料,相關成果發表於《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.2020, DOI: 10.1002/anie.201913506)。

華理賀曉鵬團隊:在非抗生素型抗菌材料、抗菌肽微球領域取得重要進展

近年來抗菌肽的發展得到瞭生物醫藥行業的廣泛關註,然而生物活性多肽化合物一般具有膜透性與體內穩定性不佳的缺陷,基於上述問題,研究團隊與法國卡尚高等師范學校Juan Xie教授、美國德克薩斯大學奧斯汀分校Jonathan Sessler教授合作,合成瞭吡喃腈衍生物修飾的環糊精與萘溴/熒光素雙修飾的抗菌肽,利用萘溴與環糊精的主客體自組裝和隨後發生的雙親性自組裝,構建瞭熒光激活型抗菌肽微球。相比未組裝的抗菌肽,所構建的多肽微球可實現金黃色葡萄球菌與大腸桿菌的增強熒光標記,並表現出對兩種細菌更強的抑菌效果。此外,該策略還被證明適用於細胞凋亡與細胞有絲分裂的增強熒光標記,從而驗證此類形貌可控的多肽微球體系有利於細胞攝取(下圖)。上述工作發表於《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc.2020, DOI: 10.1021/jacs.9b11207)。

華理賀曉鵬團隊:在非抗生素型抗菌材料、抗菌肽微球領域取得重要進展

以上工作為對抗臨床超級細菌提供瞭新的化學策略。此外,研究團隊與合作者受邀在《化學會綜述》(Chem. Soc. Rev.2020, DOI: 10.1039/c8cs00118a)和《先進功能材料》(Adv. Funct. Mater.2020, 10.1002/adfm.201907906)發表靶向型分子探針與組裝材料的生物醫學應用綜述,賀曉鵬教授還獲得瞭2020年度Thieme Chemistry Journals Award。上述研究工作得到瞭田禾院士的悉心指導,相關生物學與微生物學工作得到瞭中科院上海藥物研究所李佳研究員、臧奕研究員和上海交通大學陳代傑教授的指導與支持,研究工作主要由本校畢業研究生餘智豪、矯金彪,青年教師胡習樂博士等協作完成,工作得到瞭國傢自然科學基金重大研究計劃、優秀青年科學基金,上海市科技重大專項、上海市國際合作與交流項目、“111”引智計劃等資助。

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