抗菌星型聚多肽、其制備方法及用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及抗菌材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及抗菌星型聚多肽、其制備方法及用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 抗生素類抗菌劑的濫用會導(dǎo)致超級抗藥菌的生成，且會隨著皮膚滲透或血液循環(huán) 到未被細菌感染的器官，從而造成毒副作用。因此，如何利用新型抗菌劑替代傳統(tǒng)的抗生素 類抗菌劑一直以來都是全球性的科學(xué)課題。
[0003] 二十世紀(jì)九十年代，生物學(xué)家在用微生物誘導(dǎo)天蠶蛹時發(fā)現(xiàn)天蠶蛹的免疫系統(tǒng)產(chǎn) 生了一種多肽類物質(zhì)，該多肽物質(zhì)具有殺菌活性?？茖W(xué)家命名此多肽為天蠶素（Cecmpins)， 天蠶素作為世界上第一個抗菌肽正式被人們所認識。天然抗菌肽的氨基酸殘基數(shù)目一般為 15-50個，并且具有加熱后穩(wěn)定性高，在水中溶解性較好等優(yōu)點。天然抗菌肽受到人們的關(guān) 注正是因為它們具有的獨特功能，比如有些天然抗菌肽能夠?qū)毦⒉《?、真菌、原生動?等具有較強的抑制作用，而且部分天然抗菌肽在殺滅癌細胞的同時又對真核細胞毒副性較 小。但目前天然抗菌肽依然存在來源有限（天然提取資源有限，難以產(chǎn)業(yè)化）、成本高、提取 工藝復(fù)雜、容易被酶降解等問題。
[0004] 人工廣譜高分子抗菌劑是一種帶有大量表面正電荷的高分子，它可以通過靜電相 互作用靶向地與細菌的細胞膜結(jié)合并插入細胞膜內(nèi)，造成細菌細胞膜的解體。由于高分子 抗菌劑直接作用于細菌的細胞膜表面而并非像傳統(tǒng)的抗生素一樣作用于細菌的DNA，所以 其不會造成超級抗藥菌的產(chǎn)生（Word Notes on Antibiotics, 2009, Vol, No. 4)，且對于野 生菌種和耐藥性菌種均有效果。另外，由于人體的正常細胞表面的負電荷要遠遠少于細菌 表面的負電荷，因此其不會破壞人體的正常細胞。同時，高分子抗菌劑不會通過滲透作用進 入皮膚或者細胞膜內(nèi)，因此無毒副作用，是一種理想的傳統(tǒng)抗生素替代品。
[0005] 非線形聚丙烯酸酯類聚合物，由于其較大的表面正電荷密度以及其較高的分子鏈 柔性，更加容易與細胞膜特異性結(jié)合并使細菌細胞膜解體，是一種高效靶向的廣譜高分子 抗菌劑。且其合成方法簡單，有望被大規(guī)模生產(chǎn)。因此，提供一種星型聚多肽及其制備方法 和其用作抗菌劑的用途。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種星型聚多肽、其制備方法及用途。以NCA聚合為手段， 合成三臂星形聚多肽，相比于其它方法如固相合成法或用微生物合成法，其施行簡單，提純 方便，且其產(chǎn)率高達到95%。和已有的產(chǎn)品相比價格低，因此是目前合成三臂星形聚多肽最 行之有效的方法。本方法合成的三臂星形聚多肽分子量較窄，PDI (分子量分布）只有1. 1， 合成的星形聚多肽與天然多肽分子結(jié)構(gòu)基本一致，可作為生物醫(yī)用級抗菌劑給人類使用。
[0007] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明提供了一種三臂星型聚多肽，其結(jié)構(gòu)如式I所示
[0009]
[0010] 式 I
[0011] 其中，
[0012]
[0013] η = 50 ~200。
[0014] 星形聚多肽類聚合物，由于其表面正電荷密度較大以及具有較好的生物相容性， 因此更容易與細菌的細胞膜特異性結(jié)合并使細菌細胞膜解體，是一種高效靶向的廣譜高分 子抗菌劑。所合成的聚多肽，與天然多肽分子結(jié)構(gòu)基本一致，可作為醫(yī)用級抗菌劑給人類使 用。
[0015] 現(xiàn)今合成星形聚合物的方法主要有核優(yōu)先法和臂優(yōu)先法。而這些合成方法往往需 要通過活性聚合來實現(xiàn)，陰離子聚合、陽離子聚合及活性自由基聚合均可合成出分子結(jié)構(gòu) 可控的星形聚合物。
[0016] N-羧基-α -氨基酸酐聚合方法（NCA聚合方法）是生物化學(xué)方面非常重要的一個 反應(yīng)，是現(xiàn)今為止唯一一種通過一步法即可得到聚氨基酸的反應(yīng)。這種方法相比于現(xiàn)今常 用的固相合成法，其合成成本大大降低；相比于微生物合成法，其避免了復(fù)雜的提純過程。 NCA聚合機理上屬于陰離子開環(huán)聚合，可以通過四種模式引發(fā)反應(yīng)，即伯胺引發(fā)、叔胺引發(fā)、 金屬化配位合物引發(fā)已經(jīng)硅-氮化合物引發(fā)。其中伯胺引發(fā)的NCA聚合符合活性聚合特 征，可以使得到的聚氨基酸帶有末端基團，方便聚多肽鏈的修飾，并可通過末端基團進行復(fù) 雜高分子鏈的構(gòu)筑，是一種合成聚多肽的反應(yīng)。
[0017] 在本發(fā)明的一些具體實施方案中，本發(fā)明提供的三臂星型聚多肽，其結(jié)構(gòu)如式II 所示
[0018]
[0019] 式 II
[0020] 其中，η = 50 ~200。
[0021] 本發(fā)明還提供了所述三臂星型聚多肽的制備方法，以三功能度的NCA為引發(fā)劑， 取芐基氨基甲酸酯保護的N-羧基-α -賴氨酸酐與DMSO發(fā)生聚合反應(yīng)，獲得中間產(chǎn)物，通 過鈀碳催化加氫脫掉芐基氨基甲酸酯的保護，即得。反應(yīng)方程式如下：
[0022]
[0023] 其中，三功能度的NCA的制備方法的反應(yīng)方程式可以為：
[0024]
[0025] 在本發(fā)明的一些具體實施方案中，本發(fā)明提供的三臂星型聚多肽的制備方法中， 三功能度NCA引發(fā)劑、芐基氨基甲酸酯保護的N-羧基-α -賴氨酸酐與DMSO的物質(zhì)的量比 為 1 : (50 ~200) : (50 ~200)。
[0026] 在本發(fā)明的一些具體實施方案中，本發(fā)明提供的三臂星型聚多肽的制備方法中， 所述聚合反應(yīng)在氮氣環(huán)境下發(fā)生。
[0027] 在本發(fā)明的一些具體實施方案中，本發(fā)明提供的三臂星型聚多肽的制備方法中， 所述聚合反應(yīng)的時間為60h~70h。
[0028] 在本發(fā)明的一些具體實施方案中，本發(fā)明提供的三臂星型聚多肽的制備方法中， 所述中間產(chǎn)物與氫氣的物質(zhì)的量的比為1:3000。
[0029] 本發(fā)明還提供了所述制備方法制得的三臂星型聚多肽。
[0030] 本發(fā)明還提供了所述三臂星型聚多肽在制備抗菌劑中的應(yīng)用。
[0031] 在本發(fā)明的一些具體實施方案中，本發(fā)明提供的三臂星型聚多肽的應(yīng)用中，所述 抗菌劑用于抑制細菌。
[0032] 在本發(fā)明的一些具體實施方案中，本發(fā)明提供的三臂星型聚多肽的應(yīng)用中，所述 抗菌劑用于抑制革蘭氏陰性菌或革蘭氏陽性菌。
[0033] 在本發(fā)明的一些具體實施方案中，本發(fā)明提供的三臂星型聚多肽的應(yīng)用中，所述 革蘭氏陰性菌為大腸桿菌。大腸桿菌可以為普通野生大腸桿菌，還可以為抗藥性大腸桿菌。
[0034] 在本發(fā)明的一些具體實施方案中，本發(fā)明提供的三臂星型聚多肽的應(yīng)用中，所述 革蘭氏陽性菌為金黃色葡萄球菌。
[0035] 本發(fā)明提出基于核優(yōu)先法（core-first法）聚多肽類人工光譜抗菌劑的制備方法 及其抗菌用途。并以NCA聚合為手段，通過調(diào)控引發(fā)劑和單體的比例可控合成出生物醫(yī)用 級的聚多肽類的人工高分子廣譜抗菌劑。提出一種可取代傳統(tǒng)抗生素的新型高分子抗菌 劑。利用側(cè)基帶有氨基的四臂的星形聚合物作為高分子抗菌劑，可以靶向進攻細菌細胞膜 卻不破壞人體正常細胞，且具有非常好的抗菌效果。以解決目前現(xiàn)有的高分子抗菌劑往往 是一些天然的多肽，其產(chǎn)量低、價格高，且在人體中易被酸或蛋白酶水解，因此往往難以被 大規(guī)模應(yīng)用的問題。
[0036] 本發(fā)明制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0037] 1.本方法采用arm-first法，并以NCA聚合為手段，合成三臂星形聚多肽，相比 于其它方法如固相合成法或用微生物合成法，其施行簡單，提純方便，且其產(chǎn)率高（達到 95% )，中國專利（CN1635010A)報道的一種高分子抗菌劑只有50% -80%的產(chǎn)率。和已有 的產(chǎn)品相比價格低，因此是目前合成三臂星形聚多肽最行之有效的方法。
[0038] 2.本方法合成的三臂星形聚多肽分子量較窄，roi (分子量分布）只有1. 1，合成 的星形聚多肽與天然多肽分子結(jié)構(gòu)基本一致，可作為生物醫(yī)用級抗菌劑給人類使用。
[0039] 本發(fā)明制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比還具有以下優(yōu)點：
[0040] 1.與現(xiàn)有的天然高分子抗菌劑相比，人工合成的聚多肽類產(chǎn)品產(chǎn)量高、價格低、更 易于合成。
[0041] 2.非線形的分子結(jié)構(gòu)可以提供更加高的表面正電荷密度，有利于高分子抗菌劑與 細菌表面的細胞膜特異性結(jié)合，從而大幅提高抗菌效率。
[0042] 3.本產(chǎn)品具有廣譜抗菌型，對于革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌均有效。
[0043] 4.本產(chǎn)品直接使細菌細胞膜解體，不會產(chǎn)生抗藥的超級細菌，且對于耐藥菌種有 很好的效果。
[0044] 5.本產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)與天然多肽極為類似，不會隨人體皮膚毛孔和血液循環(huán)滲透入 人體正常細胞，對人體毒副作用極小。
【附圖說明】
[0045] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
[0046] 圖1示本發(fā)明制備的三臂星形聚多肽的反應(yīng)方程式；
[0047] 圖2示本發(fā)明實施例1中的三臂星形聚多肽核磁共振氫譜圖；
[0048] 圖3示本發(fā)明實施例1中芐基氨基甲酸酯保護的星形聚多肽凝膠滲透色譜曲線； 縱坐標(biāo)為信號強度，沒有單位；分子量為15000, PDI分布為I. 1說明可控合成比較有效果；
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