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CN108329467B - 一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法 - Google Patents

一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法 Download PDF

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CN108329467B CN201810138737.8A CN201810138737A CN108329467B CN 108329467 B CN108329467 B CN 108329467B CN 201810138737 A CN201810138737 A CN 201810138737A CN 108329467 B CN108329467 B CN 108329467B
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Abstract

本发明公开了一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，步骤为：1)、端氨基超支化聚酰胺胺的合成：通过丙烯酸甲酯和二乙烯三胺的迈克尔加成反应制备了端氨基的低分子量超支化聚酰胺胺；2)、赖氨酸‑N‑羧酸酐和缬氨酸‑N‑羧酸酐合成：以超支化聚酰胺胺为核心，通过苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸分别与三光气反应得到赖氨酸‑N‑羧酸酐和缬氨酸‑N‑羧酸酐；3)、超支化抗菌肽聚合物合成：赖氨酸‑N‑羧酸酐和缬氨酸‑N‑羧酸酐通过开环聚合形成的多肽链接枝到超支化聚酰胺胺的端氨基上，经氨基脱保护及透析后制备出具有超支化结构的抗菌肽聚合物。本发明的有益效果是制备方法简便，原材料易得，合成成本较低，便于大规模的生产。

Description

一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法
技术领域
本发明属于抗菌性生物材料的制备技术领域，更具体地说，涉及一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法。
背景技术
近年来由于抗生素的滥用导致耐药性超级细菌的产生严重威胁到人类的生命安全。抗菌肽是生物机体在抵御病原微生物的防御反应中所产生的一类抗微生物与一些恶性细胞的短肽。由于天然生物抗菌肽是真核生物免疫系统的一部分，其本身具有广谱抗菌性，特别是对多重耐药菌有杀伤作用，而且抗菌活性具有高效性、稳定性、快速、不易产生抗性等特点，天然生物抗菌肽的开发利用有望成为人类摆脱耐药菌危机和抗肿瘤治疗的又一新途径，因此抗菌肽的潜在应用价值受到了学者的广泛关注。尽管生物抗菌肽在控制感染方面前景广阔，但实际临床应用却受到很大的限制。与传统的抗生素相比，生物抗菌肽的生产成本极高，这是限制其广泛使用的主要障碍。此外，较大浓度生物抗菌肽会诱导哺乳动物细胞产生毒性。
阳离子聚合物经过选择性地设计可以表现出较高的抗菌活性，且合成相对便宜，可实现大规模生产。这些抗菌聚合物的设计，通常在聚合物主链上分散阳离子和疏水基团或疏水长链上带有烷基化季铵基团。有研究发现可以通过开环聚合合成具有N-羧酸酐阳离子(赖氨酸)和疏水性(丙氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸)的氨基酸残基的聚合肽，这类聚合肽具有类似于生物抗菌肽的生物可降解性和抗菌活性。但在较高浓度下，这类聚合物有较强的溶血性，不适用于全身用药。
本发明中制备的超支化抗菌肽聚合物对耐药性大肠杆菌具有优良的抑制作用，在较低浓度下仍有显著抑菌效果。此外溶血性上也有很大的改善，具有很低的溶血率。一方面降低了生产成本，另一方面又改善了生物相容性，为其实际应用扫除了主要障碍。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，设计合理，得到的超支化抗菌肽聚合物抗菌浓度低，具有良好的杀菌效果和较低的溶血率，此外，其合成方法简便，成本较低，便于大规模的生产，具有很高的潜在应用价值。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，步骤为：
1)、端氨基超支化聚酰胺胺的合成：通过丙烯酸甲酯和二乙烯三胺的迈克尔加成反应制备了端氨基的低分子量超支化聚酰胺胺；
2)、赖氨酸-N-羧酸酐和缬氨酸-N-羧酸酐合成：以超支化聚酰胺胺为核心，通过苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸分别与三光气反应得到赖氨酸-N-羧酸酐和缬氨酸-N-羧酸酐；
3)、超支化抗菌肽聚合物合成：赖氨酸-N-羧酸酐和缬氨酸-N-羧酸酐通过开环聚合形成的多肽链接枝到超支化聚酰胺胺的端氨基上，经氨基脱保护及透析后制备出具有超支化结构的抗菌肽聚合物。
作为一种优化的技术方案，其结构组成为：超支化聚合物构成的核心和外接多肽聚合物长链。
作为一种优化的技术方案，步骤1)中超支化聚酰胺胺的端基为氨基，其数均相对分子量在1000-8000，分子量分布范围为1.2-4.0。
作为一种优化的技术方案，步骤2)中苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸分别与三光气反应的投料摩尔比范围1.2:1-2.0:1；反应温度范围50-60℃；反应时间20-60min。
作为一种优化的技术方案，步骤3)中赖氨酸-N-羧酸酐和缬氨酸-N-羧酸酐的聚合方式为开环聚合，在共聚物中二者的摩尔比范围为1:1-5:1。
作为一种优化的技术方案，步骤3)中超支化聚酰胺胺：赖氨酸-N-羧酸酐：缬氨酸-N-羧酸酐的投料摩尔比范围为1:10:5-1:100:50，其中，基于赖氨酸-N-羧酸酐：缬氨酸-N-羧酸酐的投料摩尔比为2:1。
作为一种优化的技术方案，步骤3)中透析截留分子量为3500Da，透析时间为4d，多次换水。
作为一种优化的技术方案，超支化抗菌肽聚合物的相对分子量范围在10000-100000，分子量分布在1.1-5.0。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是制备方法简便，原材料易得，合成成本较低，便于大规模的生产，同时，本发明中制备的超支化抗菌肽聚合物具有良好的抗菌效果及生物相容性，也为实际应用奠定了基础在药物传输、伤口处理及医用植入材料等领域潜在广泛的应用。
参照附图和实施例对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种实施例的超支化抗菌肽聚合物的制备路线；
图2为本发明中采用牛津杯法对实施例1中制备的超支化抗菌肽聚合物的抑菌区域测试图；
图3为本发明中制备的超支化抗菌肽聚合物的溶血实验对比图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，步骤为：
1)、端氨基超支化聚酰胺胺(H-PAMAM)合成：取一定量的二乙烯三胺(DETA)溶于无水甲醇，通氮气保护，加磁力搅拌。通过注射器向上述溶液中滴加一定量的甲基丙烯酸酯(MA)，其中投料的摩尔比为DETA：MA＝1.2：1。随后将反应装置转移至冰水浴中，搅拌反应2h，再移至室温下反应48h。最后将体系转移至油浴锅中，伴随着抽真空依次在60℃/80℃/100℃/120℃下分别反应1h/1h/1h/1.5h，除去溶剂和未反应的单体。反应结束后使用大量的冰乙醚沉淀产物三次得到黄色粘稠产物，即为H-PAMAM。
2)、赖氨酸-N-羧酸酐(Lys NCA)和缬氨酸-N-羧酸酐(Val NCA)合成：通过苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸分别与三光气反应得到，苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸与三光气投料摩尔比均为1.5:1。二者的制备过程相似，以Lys NCA的合成为例说明。取一定量苄氧羰基赖氨酸分散于无水四氢呋喃，加磁力搅拌，通氮气保护。取相应比例的三光气溶于少量无水四氢呋喃，使用注射器逐滴滴加到反应体系中，升温至50℃，反应0.5h至体系变澄清。使用大量的冰正己烷沉淀产物，并使用正己烷/四氢呋喃(v/v＝15:1)混合溶剂重结晶三次，最后抽滤得到白色产物Lys NCA。相同方法亦可合成Val NCA透明片状晶体。
3)、超支化抗菌肽聚合物(HAPP)合成：H-PAMAM：Lys NCA：Val NCA三者投料摩尔比为1：20:10。称取一定量的Lys NCA和Val NCA溶于无水N,N-二甲基甲酰胺，加磁力搅拌，通氮气保护。取相应比例的H-PAMAM溶于少量无水N,N-二甲基甲酰胺，使用注射器逐滴滴加到反应体系中，室温下反应24h。随后滴加少量正丁醇，继续反应1h，产物用无水乙醚沉淀，离心后真空干燥。对干燥后的产物进行脱保护处理，将产物溶于含有三氟乙酸(200mg/mL)和33％HBr的冰醋酸混合溶液中(20mL/g沉淀)，室温下搅拌反应24h，使用十倍体积的乙醚沉淀产物。离心后干燥后再将产物溶于HCl溶液(0.2M,0.2mL/mg沉淀)，使用截留分子量3500Da的透析袋透析4天后，冷冻干燥得到最终产物。
实施例2
一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，步骤为：
1)、端氨基超支化聚酰胺胺(H-PAMAM)合成：取一定量的二乙烯三胺(DETA)溶于无水甲醇，通氮气保护，加磁力搅拌。通过注射器向上述溶液中滴加一定量的甲基丙烯酸酯(MA)，其中投料的摩尔比为DETA：MA＝1.2：1。随后将反应装置转移至冰水浴中，搅拌反应2h，再移至室温下反应48h。最后将体系转移至油浴锅中，伴随着抽真空依次在60℃/80℃/100℃/120℃/140℃下分别反应1h/1h/1h/1.5h/2h，除去溶剂和未反应的单体。反应结束后使用大量的冰乙醚沉淀产物三次得到黄色粘稠产物，即为H-PAMAM。
2)、赖氨酸-N-羧酸酐(Lys NCA)和缬氨酸-N-羧酸酐(Val NCA)合成：通过苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸分别与三光气反应得到，苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸与三光气投料摩尔比均为1.5:1。二者的制备过程相似，以Lys NCA的合成为例说明。取一定量苄氧羰基赖氨酸分散于无水四氢呋喃，加磁力搅拌，通氮气保护。取相应比例的三光气溶于少量无水四氢呋喃，使用注射器逐滴滴加到反应体系中，升温至50℃，反应0.5h至体系变澄清。使用大量的冰正己烷沉淀产物，并使用正己烷/四氢呋喃(v/v＝15:1)混合溶剂重结晶三次，最后抽滤得到白色产物Lys NCA。相同方法亦可合成Val NCA透明片状晶体。
3)、超支化抗菌肽聚合物(HAPP)合成：H-PAMAM：Lys NCA：Val NCA三者投料摩尔比为1：20:10。称取一定量的Lys NCA和Val NCA溶于无水N,N-二甲基甲酰胺，加磁力搅拌，通氮气保护。取相应比例的H-PAMAM溶于少量无水N,N-二甲基甲酰胺，使用注射器逐滴滴加到反应体系中，室温下反应24h。随后滴加少量正丁醇，继续反应1h，产物用无水乙醚沉淀，离心后真空干燥。对干燥后的产物进行脱保护处理，将产物溶于含有三氟乙酸(200mg/mL)和33％HBr的冰醋酸混合溶液中(20mL/g沉淀)，室温下搅拌反应24h，使用十倍体积的乙醚沉淀产物。离心后干燥后再将产物溶于HCl溶液(0.2M,0.2mL/mg沉淀)，使用截留分子量3500Da的透析袋透析4天后，冷冻干燥得到最终产物。
实施例3
一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，步骤为：
1)、端氨基超支化聚酰胺胺(H-PAMAM)合成：取一定量的二乙烯三胺(DETA)溶于无水甲醇，通氮气保护，加磁力搅拌。通过注射器向上述溶液中滴加一定量的甲基丙烯酸酯(MA)，其中投料的摩尔比为DETA：MA＝1.2：1。随后将反应装置转移至冰水浴中，搅拌反应2h，再移至室温下反应48h。最后将体系转移至油浴锅中，伴随着抽真空依次在60℃/80℃/100℃/120℃下分别反应1h/1h/1h/1.5h，除去溶剂和未反应的单体。反应结束后使用大量的冰乙醚沉淀产物三次得到黄色粘稠产物，即为H-PAMAM。
2)、赖氨酸-N-羧酸酐(Lys NCA)和缬氨酸-N-羧酸酐(Val NCA)合成：通过苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸分别与三光气反应得到，苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸与三光气投料摩尔比均为1.5:1。二者的制备过程相似，以Lys NCA的合成为例说明。取一定量苄氧羰基赖氨酸分散于无水四氢呋喃，加磁力搅拌，通氮气保护。取相应比例的三光气溶于少量无水四氢呋喃，使用注射器逐滴滴加到反应体系中，升温至50℃，反应0.5h至体系变澄清。使用大量的冰正己烷沉淀产物，并使用正己烷/四氢呋喃(v/v＝15:1)混合溶剂重结晶三次，最后抽滤得到白色产物Lys NCA。相同方法亦可合成Val NCA透明片状晶体。
3)、超支化抗菌肽聚合物(HAPP)合成：H-PAMAM：Lys NCA：Val NCA三者投料摩尔比为1：50:25。称取一定量的Lys NCA和Val NCA溶于无水N,N-二甲基甲酰胺，加磁力搅拌，通氮气保护。取相应比例的H-PAMAM溶于少量无水N,N-二甲基甲酰胺，使用注射器逐滴滴加到反应体系中，室温下反应24h。随后滴加少量正丁醇，继续反应1h，产物用无水乙醚沉淀，离心后真空干燥。对干燥后的产物进行脱保护处理，将产物溶于含有三氟乙酸(200mg/mL)和33％HBr的冰醋酸混合溶液中(20mL/g沉淀)，室温下搅拌反应24h，使用十倍体积的乙醚沉淀产物。离心后干燥后再将产物溶于HCl溶液(0.2M,0.2mL/mg沉淀)，使用截留分子量3500Da的透析袋透析4天后，冷冻干燥得到最终产物。
实施例4
一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，步骤为：
1)、端氨基超支化聚酰胺胺(H-PAMAM)合成：取一定量的二乙烯三胺(DETA)溶于无水甲醇，通氮气保护，加磁力搅拌。通过注射器向上述溶液中滴加一定量的甲基丙烯酸酯(MA)，其中投料的摩尔比为DETA：MA＝1.2：1。随后将反应装置转移至冰水浴中，搅拌反应2h，再移至室温下反应48h。最后将体系转移至油浴锅中，伴随着抽真空依次在60℃/80℃/100℃/120℃/140℃下分别反应1h/1h/1h/1.5h/2h，除去溶剂和未反应的单体。反应结束后使用大量的冰乙醚沉淀产物三次得到黄色粘稠产物，即为H-PAMAM。
2)、赖氨酸-N-羧酸酐(Lys NCA)和缬氨酸-N-羧酸酐(Val NCA)合成：通过苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸分别与三光气反应得到，苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸与三光气投料摩尔比均为1.5:1。二者的制备过程相似，以Lys NCA的合成为例说明。取一定量苄氧羰基赖氨酸分散于无水四氢呋喃，加磁力搅拌，通氮气保护。取相应比例的三光气溶于少量无水四氢呋喃，使用注射器逐滴滴加到反应体系中，升温至50℃，反应0.5h至体系变澄清。使用大量的冰正己烷沉淀产物，并使用正己烷/四氢呋喃(v/v＝15:1)混合溶剂重结晶三次，最后抽滤得到白色产物Lys NCA。相同方法亦可合成Val NCA透明片状晶体。
3)、超支化抗菌肽聚合物(HAPP)合成：H-PAMAM：Lys NCA：Val NCA三者投料摩尔比为1：50:25。称取一定量的Lys NCA和Val NCA溶于无水N,N-二甲基甲酰胺，加磁力搅拌，通氮气保护。取相应比例的H-PAMAM溶于少量无水N,N-二甲基甲酰胺，使用注射器逐滴滴加到反应体系中，室温下反应24h。随后滴加少量正丁醇，继续反应1h，产物用无水乙醚沉淀，离心后真空干燥。对干燥后的产物进行脱保护处理，将产物溶于含有三氟乙酸(200mg/mL)和33％HBr的冰醋酸混合溶液中(20mL/g沉淀)，室温下搅拌反应24h，使用十倍体积的乙醚沉淀产物。离心后干燥后再将产物溶于HCl溶液(0.2M,0.2mL/mg沉淀)，使用截留分子量3500Da的透析袋透析4天后，冷冻干燥得到最终产物。
测试试验1：
取实施例1中制备的超支化抗菌肽聚合物，配制成浓度分别为512/256/128/64/32/16/8/4/2/0μg/mL的水溶液，如图2所示，采用牛津杯法测试其在琼脂培养基上对大肠杆菌抑菌区域的大小。将牛津杯分散放置在接种大肠杆菌的琼脂培养基上，分别加入上述不同浓度的超支化抗菌肽聚合物溶液，在37℃下恒温培养18h后，用直尺测量各个样品抑菌圈的直径大小。
测试试验2：
取实施例1中制备的超支化抗菌肽聚合物10mg溶于10mL生理盐水，向其中加入0.2mL新鲜的抗凝兔血，作为实验组。以10mL生理盐水中加入0.2mL新鲜的抗凝兔血作为阴性对照组，以10mL蒸馏水中加入0.2mL新鲜的抗凝兔血作为阳性对照组。将上述样品轻轻摇晃均匀后，转移至37℃的恒温培养箱中静置1h。随后将样品在3000rpm转速下离心5min，采用紫外-可见光分光光度计对各样品的上清液进行检测，测试各样品在570nm波长处的吸光度，如图3所示，根据如下公式计算溶血率：
Figure GDA0002588557800000091
其中：ODn是阴性对照组的OD值
ODp是阳性对照组的OD值
ODs是实验样品组的OD值。
本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
1)、端氨基超支化聚酰胺胺的合成：通过丙烯酸甲酯和二乙烯三胺的迈克尔加成反应制备了端氨基的低分子量超支化聚酰胺胺；
2)、赖氨酸-N-羧酸酐和缬氨酸-N-羧酸酐合成：以超支化聚酰胺胺为核心，通过苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸分别与三光气反应得到赖氨酸-N-羧酸酐和缬氨酸-N-羧酸酐；
3)、超支化抗菌肽聚合物合成：赖氨酸-N-羧酸酐和缬氨酸-N-羧酸酐通过开环聚合形成的多肽链接枝到超支化聚酰胺胺的端氨基上，经氨基脱保护及透析后制备出具有超支化结构的抗菌肽聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，其特征在于：其结构组成为：超支化聚合物构成的核心和外接多肽聚合物长链。
3.根据权利要求2所述的一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，其特征在于：步骤1)中超支化聚酰胺胺的端基为氨基，其数均相对分子量在1000-8000，分子量分布范围为1.2-4.0。
4.根据权利要求3所述的一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，其特征在于：步骤2)中苄氧羰基赖氨酸和缬氨酸分别与三光气反应的投料摩尔比范围1.2:1-2.0:1；反应温度范围50-60℃；反应时间20-60min。
5.根据权利要求4所述的一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，其特征在于：步骤3)中赖氨酸-N-羧酸酐和缬氨酸-N-羧酸酐的聚合方式为开环聚合，在共聚物中二者的摩尔比范围为1:1-5:1。
6.根据权利要求5所述的一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，其特征在于：步骤3)中超支化聚酰胺胺：赖氨酸-N-羧酸酐：缬氨酸-N-羧酸酐的投料摩尔比范围为1:10:5-1:100:50，其中，基于赖氨酸-N-羧酸酐：缬氨酸-N-羧酸酐的投料摩尔比为2:1。
7.根据权利要求6所述的一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，其特征在于：步骤3)中透析截留分子量为3500Da，透析时间为4d，多次换水。
8.根据权利要求7所述的一种超支化抗菌肽聚合物的制备方法，其特征在于：超支化抗菌肽聚合物的相对分子量范围在10000-100000，分子量分布在1.1-5.0。
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