華東師大程義云教授：抗生素水凝膠實現(xiàn)藥物按需釋放
專欄：學術(shù)前沿
發(fā)布日期：2017-04-01
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氨基糖苷類抗生素是臨床上廣泛使用的一類廣譜抗生素，其由氨基糖與氨基環(huán)醇組成，對革蘭氏陽性、陰性菌都有較強的抗菌活性。然而，該類抗生素在使用過程中存在一些缺陷，過量使用會產(chǎn)生耳毒性、腎毒性等，給患者的健康帶來不可恢復的損傷。而用藥量不足則易產(chǎn)生生物膜和耐藥性，會給治療帶來進一步的困難，因而該類抗生素的按需遞送在臨床醫(yī)學中具有非常重要的價值。華東師范大學的程義云教授團隊針對這一問題，研制出可根據(jù)細菌感染環(huán)境的變化自我調(diào)節(jié)藥物釋放的抗菌水凝膠。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Journal of Controlled Release（2017, 247, 145-152）。
圖1. 氨基糖苷水凝膠的制備方法、特點、原理及其與傳統(tǒng)抗生素水凝膠的比較。 程義云團隊利用氨基糖苷自身分子結(jié)構(gòu)中的多個氨基（3-6個）與氧化多糖（右旋糖苷、纖維素、海藻酸、軟骨素、透明質(zhì)酸等）反應生成具有酸響應性的席夫堿，從而獲得抗生素水凝膠（圖1a）。由于細菌增殖會產(chǎn)生酸性環(huán)境，研究者們利用細菌的這一自身特點，使得該抗生素水凝膠在細菌增殖時降解，進而釋放出氨基糖苷抗生素來殺滅細菌，待體系酸堿度恢復到生理條件，凝膠的降解也會終止，從而實現(xiàn)氨基糖苷抗生素的按需遞送（圖1b）。和傳統(tǒng)的抗生素水凝膠不同，這種氨基糖苷水凝膠中抗生素藥物本身是構(gòu)成水凝膠骨架的組分之一，因而其藥物釋放與水凝膠的降解完全同步，不會產(chǎn)生傳統(tǒng)水凝膠中藥物的“爆釋”現(xiàn)象（圖1c）。這種水凝膠的機械強度可以通過氨基糖苷的含量來調(diào)節(jié)，既可以制備成透明、易涂抹的皮膚敷料，也可以制備成具有一定機械強度的抗菌植入物。此外，藥物持續(xù)時間也可通過改變氨基糖苷的含量來調(diào)節(jié)。藥物的釋放周期可以從數(shù)日調(diào)節(jié)到至數(shù)周，乃至數(shù)月。經(jīng)在體外和體內(nèi)的抗菌實驗證明，所制備的這種氨基糖苷抗生素水凝膠對多種細菌均具有非常強的抗菌效果，且長效抗菌能力顯著（圖2）。值得一提的是，該氨基糖苷水凝膠除了抗菌效果強，可按需釋放，具有可調(diào)的藥物釋放動力學外，還擁有良好的生物安全性。水凝膠的組分簡單，僅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，此外水凝膠的制備方法非常簡單，這些特點為該抗菌水凝膠的臨床應用提供了有力的保障。 圖2. 氨基糖苷水凝膠的體內(nèi)抗菌性能。結(jié)果表明這種水凝膠能夠有效抵制金黃色葡萄球菌的對小鼠皮膚的感染，可望用作為長程抗感染的醫(yī)用敷料。
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