氨基葡萄糖基含糖聚合物的合成和抗菌性能及抗菌机理的研究

Both D-glucosamine and chitosan possess antibacterial properties. Due to the complex structure of chitosan, the evolution on antibacterial properties and antibacterial mechanism from D-glucosamine to chitosan is not clear. Inspired by chitosan, in this project, we will design a series of glucosamine-based glycopolymers with controlled composition and molecular weight. Then the influence of composition, molecular weight and sugar density of glycopolymers on the antibacterial properties will be investigated in order to reveal the relationship between the glycopolymer structure and the antibacterial properties. Moreover, the evolution on antibacterial mechanism from D-glucosamine to glucosamine-based glycopolymers will be studied. This project will not only enrich the research on glycopolymer, but also has great significance to clarify the antibacterial properties and antibacterial mechanism of chitosan.

D-氨基葡萄糖和壳聚糖都具有抗菌的性能。但由于壳聚糖结构的复杂性，科学界对由小分子D-氨基葡萄糖到高分子壳聚糖的抗菌性能及抗菌机理的演化过程是不清楚的。受壳聚糖结构的启发，本项目拟设计一系列分子量可控，组成、结构可调的氨基葡萄糖基含糖聚合物。探索氨基葡萄糖基含糖聚合物的分子结构、分子量、含糖密度等因素对其抗菌性能的影响，揭示氨基葡萄糖基含糖聚合物结构与抗菌性能之间的构效关系。探索从小分子D-氨基葡萄糖到氨基葡萄糖聚合物抗菌机理的演化。本研究不仅能丰富含糖聚合物研究的内容和开发含糖聚合物更多的应用，而且对于进一步揭示和明晰壳聚糖抗菌的构效关系及抗菌机理具有重要意义。

本项目主要合成了主链为碳骨架，侧链为氨基葡萄糖基的含糖聚合物。借助细菌培养和细胞培养的相关技术对氨基葡萄糖基含糖聚合物的抗菌性能和生物相容性展开研究。揭示含糖聚合物的结构、含糖密度、分子量等因素与其抗菌活性、生物相容性之间的关系。利用含糖聚合物优异的生物相容性，设计了低毒、高效的含糖聚合物基因/药物载体，拓展了氨基葡萄糖含糖聚合物的应用。项目的主要进展和研究成果包括：1) 采用先合成可聚合的氨基葡萄糖单体再通过RAFT聚合技术得到产物的方法，通过与2-羟基乙基甲基丙烯酸酯或者甲基丙烯酸乙酯的共聚，来调节氨基葡萄糖基含糖聚合物的正电荷密度以及亲疏水性，主要合成了不同结构的理论数均分子量为3 KDa，10 KDa，30 KDa；含糖密度为5%，20%，40%，60%，100%的氨基葡萄糖基含糖聚合物；b）借助微量肉汤稀释法测定含糖聚合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度（MIC），对氨基葡萄糖基含糖聚合物的抗菌性能展开研究。借助MTT法测定含糖聚合物对成纤维细胞（L929）的半抑制浓度（IC50），对氨基葡萄糖基含糖聚合物的生物相容性展开研究；c）含糖聚合物用于增强肝癌细胞转染的耐血清基因载体研究：单体DMAEMA和LAMA无规共聚时，细胞毒性较低。因为LAMA中含有半乳糖单元，使得载体具有耐血清和靶向肝癌细胞的能力。一方面，具有大量羟基的DDrLs有利于降低PEI的细胞毒性和提高载体耐血清能力，另一方面，PEI可以提高压缩DNA的能力，提高基因转染效率；d）含糖聚合物用于基因与药物传递的聚合物胶束的研究：使用ATRP聚合制备了得到了两亲性的梳形聚合物Curdlan-g-PDMAEMA。Curdlan-g-PDMAEMA可以很容易地在水溶液中形成胶束。我们以具有抗炎和抗肿瘤活性的疏水分子姜黄素作为药物模型，同时以增强绿色荧光蛋白质粒（pEGFP）和荧光素酶质粒pGL-3作为基因模型，验证了共传递系统的可行性。结果表明，Curdlan-g-PDMAEMAs既可以作为有效的药物载体，也可以作为基因载体压缩DNA并在细胞中转染。