副标题：当高分子科学遇到微生物学
注：文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析
抗生素的应用大大减少了人类因细菌感染而死亡率。然而，当前因滥用抗生素、不恰当使用抗生素、畜牧业中广泛使用抗生素等原因而导致的耐药性问题日趋突出，所形成的“超级细菌”严重威胁人类健康。因此，开发能高效杀灭病原细菌并能避免细菌产生耐药性的新型抗菌剂和抗菌体系，对治疗与细菌感染相关的疾病具有重要意义。
抗菌肽（Antimicrobial Peptide）是一种高效抗菌剂，与传统抗生素相比具有广谱抑菌性、无耐药性等优势。抗菌肽类聚合物（Antimicrobial Peptide-Polymer Conjugates）结合了抗菌肽与功能性聚合物各自的特点，具有抗菌肽的抗菌性能和聚合物的功能性，并可以降低抗菌肽的细胞毒性、提高其体内稳定性。
近日，同济大学材料学院高分子系杜建忠教授应邀在美国化学会期刊Biomacromolecules 上发表了一篇关于抗菌肽类聚合物的前瞻性综述（perspective），系统总结了抗菌肽类聚合物的合成、自组装及生物医学应用，并对该领域存在的问题和未来的研究方向进行了评述。抗菌肽类聚合物的合成方法有键合法（coupling）和聚合法（polymerization）两类，文中对这两种方法进行了详细的阐述。之后，文章列举了其广谱抗菌性以及在伤口敷料、植入体涂层、组织工程上的应用，并总结了聚合物自组装形成的囊泡、胶束、纳米片等纳米结构后的优势及其潜在应用。论文还介绍了抗菌肽的抗菌机理，即抗菌肽好比一把利刃，可刺穿细胞膜，对多重耐药菌也能产生显著的抗菌作用。论文还探讨了体内抗菌实验中不同动物感染模型的建立方式及其优缺点。该前瞻性综述对抗菌肽类聚合物领域的发展具有一定的指导意义。
抗菌肽与聚合物相遇，碰撞出绚烂的“火花”
杜建忠教授还提到，这篇论文的每一位研究生作者，排名不分先后，均做出了很大的贡献。他们分别为：孙辉、洪苑秀、奚悦静、邹昳洁、高婧宜。
该论文作者为：Hui Sun, Yuanxiu Hong, Yuejing Xi, Yijie Zou, Jingyi Gao, and Jianzhong Du
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Synthesis, Self-Assembly and Biomedical Applications of Antimicrobial Peptide-Polymer Conjugates
Biomacromolecules, 2018, DOI: 10.1021/acs.biomac.8b00208
杜建忠教授简介
杜建忠，英国皇家化学会会士（FRSC)，同济大学材料学院与同济大学附属第十人民医院教授、博士生导师。2004年在中国科学院化学研究所获博士学位，2004-20010年英国谢菲尔德大学化学系、剑桥大学化学系博士后，2006年德国洪堡学者，2010年起任同济大学东方学者特聘教授，上海千人计划专家，上海特聘专家，同济大学材料学院教授委员会副主任、秘书长，高分子材料系系主任。
研究领域是高分子化学和自组装，在抗菌、抗癌、糖尿病治疗等方面取得了一系列原创性研究成果。获15项关于高分子囊泡的中国发明专利（授权），在Chem. Soc. Rev., Prog. Polym. Sci., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., ACS Nano, ACS Macro Lett, Macromolecules, Biomaterials, Biomacromolecules 等期刊发表80多篇学术论文。近5年发表50篇通讯作者论文，其中唯一通讯作者论文42篇，IF > 5的论文34篇。研究成果被Science、C&EN 等媒体报道，美国化学会发布新闻。曾获国家科技进步二等奖(2016)、中国化学会高分子科学创新论文奖(2017)、“挑战杯”上海市特等奖及全国二等奖导师等荣誉。
http://www.x-mol.com/university/faculty/17053
抗菌肽类聚合物相关问题和解答
Q：抗菌肽类聚合物的设计应遵循怎样的原则？
A：首先，抗菌肽是表现出抗菌性的部分，抗菌过程中发挥作用的是抗菌肽上的正电荷部分与疏水部分。当我们模拟天然抗菌肽合成人工抗菌肽时，应考虑将这两个组分“集成”在一起。
其次，由于抗菌肽细胞毒性强，稳定性较差，因此在聚合物选择上，要能降低或者消除这些副作用，提高生物相容性。为了达到抗菌性和生物相容性的平衡，抗菌肽与聚合物的比例很重要。
最后，对于智能抗菌肽类聚合物，还可以选择响应性的聚合物链段，这样能对环境中的信号输入（例如pH、温度的变化，酶）发生响应，响应的结果是“开”（没有细菌时对抗菌肽电荷和疏水性进行屏蔽）和“关”（有细菌时裸露出电荷和疏水部分）。
Q：文章中提到的自组装对这种聚合物有什么作用？
A：抗菌肽类聚合物自组装形成囊泡、胶束、纳米片等等，展现出不同的形貌。这种效应不仅对抗菌机理有一定影响，还有利于响应性行为的产生，在接收到外界信号输入时，组装体的形貌会发生变化，变得更为“智能”。另外一个很重要的方面是组装体的药物运载能力。这一点与响应性行为结合在一起而产生的响应性药物释放，是组装体的优势之一。
Q：这篇文章提出了一个很有意思的问题：材料领域与微生物领域使用的MIC50、MIC90有所不同。这个问题是如何发现和解决的？
A：这个问题来源于我们之前投稿的经历，由于审稿人背景的不同，他们对于最低抑菌浓度（MIC）有不同的认识。有些审稿人希望测MIC50或者MIC90，另外一些审稿人则认为这并不是MIC50、MIC90的正确测试方法。因此我们在这篇文章中明确了MIC、MBC（最低杀菌浓度）、MIC50、MIC90的概念和标准测试方法。首先，MIC与MBC有区别。MIC用来评价对细菌的抑制效果，标准试验方法是肉汤稀释法，一般通过肉眼观察或测定浊度的方式得到MIC，对于溶解性不好的样品，可加入指示剂指示。MBC用来评价对细菌的杀灭效果，将MIC测试中完全抑制细菌的样品取出再次培养、涂板，没有菌落生长时的浓度称为MBC。其次，关于MIC50和MIC90的定义，在有些偏材料的研究中，指的是对于同一菌株，抑制了50%或90%细菌生长的最低浓度。但在微生物学中，MIC50、MIC90指的是对一系列菌株测完MIC值之后，统计得出抑制50%或者90%的菌株生长的最小浓度，可见其概念和测试方法都有区别。
Q：现阶段的研究存在哪些问题？
A：对抗菌肽类聚合物的研究还应该加强体内实验。药物的研发实验多，从合成到体外实验，再到体内实验，最后到人体实验，周期很长。目前研究最多的是体外实验，体内实验数据较少。
此外，抗菌测试方法还没有完全统一。这导致不同研究结果难以比较。因此我们希望学界能在测试方法上达成一致。
抗菌肽类聚合物的生物相容性测试也是需要关注的一个问题。仅凭借细胞毒性和血液相容性实验不足以说明其生物相容性的好坏。根据FDA的指导文件，生物相容性的测试指标还包括致癌性、遗传毒性、致敏性、产热原性等等。
Q：抗菌肽类聚合物未来的研究方向是什么？
A：第一，耐药菌感染是目前临床上的一个难题，也是抗菌肽类聚合物的发展方向之一。抗菌肽的抗菌机理比较独特，即使是经得住抗生素考验的耐药细菌也难以阻止自身细胞膜被破坏，因此这种聚合物可望用于治疗耐药菌感染。第二，可以考虑与抗真菌的物质结合。第三，“智能”抗菌剂。第四，抗菌肽类聚合物组装体有望实现与抗生素的抗菌协同、抗菌-抗癌协同。
Q：抗菌肽类聚合物将会有哪些应用呢？
A：譬如有些抗菌肽类聚合物水凝胶，可注射、可降解、成胶速度快，并且有高吸水性、强粘结能力以及广谱抗菌性，因此可以用在伤口愈合和治疗上，不需要对伤口进行缝合，还能防止伤口感染，提高愈合速度。医疗植入体涂层也是一个应用方向，例如在骨修复和再生中用到的金属植入体修饰抗菌肽类聚合物涂层，可以阻止细菌对植入体的黏附，防止术后感染。这种聚合物还可以用在组织工程里的支架，抗癌药物的递送中等等。
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