抗生素水凝胶实现药物按需释放

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2017-02-25 12:02

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氨基糖苷类抗生素是临床上广泛使用的一类广谱抗生素，其由氨基糖与氨基环醇组成，对革兰氏阳性、阴性菌都有较强的抗菌活性。然而，该类抗生素在使用过程中存在一些缺陷，过量使用会产生耳毒性、肾毒性等，给患者的健康带来不可恢复的损伤。而用药量不足则易产生生物膜和耐药性，会给治疗带来进一步的困难，因而该类抗生素的按需递送在临床医学中具有非常重要的价值。华东师范大学的程义云教授团队针对这一问题，研制出可根据细菌感染环境的变化自我调节药物释放的抗菌水凝胶。相关研究结果近期发表在Journal ofControlled Release（2017, 247, 145-152）。

▲ 图1. 氨基糖苷水凝胶的制备方法、特点、原理及其与传统抗生素水凝胶的比较。

程义云团队利用氨基糖苷自身分子结构中的多个氨基（3-6个）与氧化多糖（右旋糖苷、纤维素、海藻酸、软骨素、透明质酸等）反应生成具有酸响应性的席夫碱，从而获得抗生素水凝胶（图1a）。由于细菌增殖会产生酸性环境，研究者们利用细菌的这一自身特点，使得该抗生素水凝胶在细菌增殖时降解，进而释放出氨基糖苷抗生素来杀灭细菌，待体系酸碱度恢复到生理条件，凝胶的降解也会终止，从而实现氨基糖苷抗生素的按需递送（图1b）。和传统的抗生素水凝胶不同，这种氨基糖苷水凝胶中抗生素药物本身是构成水凝胶骨架的组分之一，因而其药物释放与水凝胶的降解完全同步，不会产生传统水凝胶中药物的“爆释”现象（图1c）。这种水凝胶的机械强度可以通过氨基糖苷的含量来调节，既可以制备成透明、易涂抹的皮肤敷料，也可以制备成具有一定机械强度的抗菌植入物。此外，药物持续时间也可通过改变氨基糖苷的含量来调节。药物的释放周期可以从数日调节到至数周，乃至数月。经在体外和体内的抗菌实验证明，所制备的这种氨基糖苷抗生素水凝胶对多种细菌均具有非常强的抗菌效果，且长效抗菌能力显著（图2）。值得一提的是，该氨基糖苷水凝胶除了抗菌效果强，可按需释放，具有可调的药物释放动力学外，还拥有良好的生物安全性。水凝胶的组分简单，仅包含氧化多糖和氨基糖苷抗生素，氧化多糖是生物安全的天然高分子材料，此外水凝胶的制备方法非常简单，这些特点为该抗菌水凝胶的临床应用提供了有力的保障。