本發(fā)明涉及生物醫(yī)藥，尤其涉及一種環(huán)狀陽離子聚氨基酸、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、自從青霉素被發(fā)現(xiàn)以來，抗生素在抗菌治療領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。然而，由于抗生素的濫用，微生物對(duì)抗生素耐藥性正穩(wěn)步增長(zhǎng)，導(dǎo)致傳統(tǒng)抗生素陸續(xù)失效，而新型抗生素的研發(fā)卻近乎處于停滯狀態(tài)。因此，迫切需要開發(fā)具有廣譜抗菌性能且不易引發(fā)微生物耐藥性的新型抗菌藥物。

2、抗菌肽具有廣譜抗菌活性，對(duì)細(xì)菌有很強(qiáng)的殺傷作用，尤其是其對(duì)某些耐藥性病原菌的殺滅作用更引起了人們的重視?？咕脑趧?dòng)物體內(nèi)含量極微。從動(dòng)物體內(nèi)提取抗菌肽產(chǎn)量低、費(fèi)時(shí)長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、費(fèi)用昂貴，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，這成為制約抗菌肽進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的最大障礙。近年來，模擬抗菌肽結(jié)構(gòu)特征（如正電荷和疏水結(jié)構(gòu)）的陽離子聚合物在治療多藥耐藥微生物感染方面表現(xiàn)出巨大潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種環(huán)狀陽離子聚氨基酸、其制備方法及應(yīng)用，所述環(huán)狀陽離子聚氨基酸具有較高的抗菌活性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種環(huán)狀陽離子聚氨基酸，具有式ⅰ所示結(jié)構(gòu)：

3、

4、式??；

5、其中，n為5~100的任意整數(shù)；

6、m為0~8的任意整數(shù)；

7、r1為-n+r2r3r4；

8、所述r2、r3、r4獨(dú)立的選自c1~c10的烷基、芳基或雜芳基；

9、所述c1~c10的烷基、芳基或雜芳基可任選的被一個(gè)或多個(gè)選自鹵素、芳基或雜芳基的取代基取代。

10、所述n為5~100的任意整數(shù)，在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，所述n為5、10、25、40、70或100，或以上述任意值為上限或下限的范圍值。

11、所述m為0~8的任意整數(shù)，優(yōu)選的，所述m為1~6的任意整數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)選的，所述m為1~4的任意整數(shù)，在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，所述m為1、2、3或4。

12、所述r2、r3、r4獨(dú)立的選自c1~c10的烷基、芳基或雜芳基；優(yōu)選的，所述r2、r3、r4獨(dú)立的選自c1~c10的烷基、苯基、由2~3個(gè)苯基稠合形成的稠環(huán)芳基或五元~六元單環(huán)雜芳基；更優(yōu)選的，所述r2、r3、r4獨(dú)立的選自c1~c10的烷基、苯基或萘基。在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，所述r2、r3、r4中的任意一個(gè)或兩個(gè)選自c1~c3的烷基，進(jìn)一步的，所述r2、r3、r4中的任意一個(gè)或兩個(gè)選自甲基。

13、優(yōu)選的，所述r2、r3、r4可任選的被一個(gè)或多個(gè)選自鹵素、芳基或雜芳基的取代基取代；更優(yōu)選的，所述r2、r3、r4可任選的被一個(gè)或多個(gè)選自鹵素、苯基、2~3個(gè)苯基稠合形成的稠環(huán)芳基或五元~六元單環(huán)雜芳基的取代基取代；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述r2、r3、r4可任選的被一個(gè)或多個(gè)選自鹵素、苯基或萘基的取代基取代。

14、在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，所述r1選自式ii、式iii、式iv、式v或式vi所示結(jié)構(gòu)：

15、

16、式ii中，x為1~9的任意整數(shù)。在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，所述x為1、3、5、7、9，或以上述值為上限或下限的范圍值。

17、彎線表示連接位置。

18、本發(fā)明提供的環(huán)狀聚氨基酸材料能夠模擬抗菌肽類藥物的結(jié)構(gòu)特征，與線性結(jié)構(gòu)的抗菌肽相比，環(huán)狀抗菌聚氨基酸材料具有更強(qiáng)的抗菌效果、更高的穩(wěn)定性、更低的毒性和更好的生物相容性，且本發(fā)明提供的環(huán)狀聚氨基酸材料具有易于合成和修飾的優(yōu)勢(shì)。

19、本發(fā)明提供了上述環(huán)狀陽離子聚氨基酸的制備方法，包括以下步驟：

20、將具有式vii結(jié)構(gòu)的環(huán)狀聚（l-谷氨酸氯烷基酯）和三級(jí)胺nr2r3r4進(jìn)行取代反應(yīng)，得到具有式i結(jié)構(gòu)的環(huán)狀聚氨基酸抗菌材料；

21、

22、其中，n為5~100的任意整數(shù)；

23、m為0~8的任意整數(shù)；

24、r1為-n+r2r3r4；

25、所述r2、r3、r4獨(dú)立的選自c1~c10的烷基、芳基或雜芳基；

26、所述c1~c10的烷基、芳基或雜芳基可任選的被一個(gè)或多個(gè)選自鹵素、芳基或雜芳基的取代基取代。

27、上述式vii結(jié)構(gòu)的環(huán)狀聚（l-谷氨酸氯烷基酯）結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的n、m的范圍同前文所述，在此不再贅述。

28、在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，所述式vii結(jié)構(gòu)的環(huán)狀聚（l-谷氨酸氯烷基酯）為環(huán)狀聚（l-谷氨酸氯己酯）或環(huán)狀聚（l-谷氨酸氯丙酯）。

29、上述三級(jí)胺nr2r3r4中，r2、r3、r4的范圍同前文所述，在此不再贅述。

30、在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，所述三級(jí)胺nr2r3r4具有以下任一結(jié)構(gòu)：

31、。

32、x為1~9的任意整數(shù)。

33、所述x的范圍同前文所述，在此不再贅述。

34、本發(fā)明對(duì)上述三級(jí)胺的來源并無特殊限定，可以為一般市售。

35、所述環(huán)狀聚（l-谷氨酸氯烷基酯）側(cè)基含有的氯原子總數(shù)和三級(jí)胺的摩爾比優(yōu)選為1:1~5，在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，所述摩爾比為1:1、1:2、1:3、1:4或1:5。

36、所述取代反應(yīng)的溶劑優(yōu)選包括四氫呋喃、乙腈、二甲基亞砜、n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。

37、本發(fā)明對(duì)上述溶劑的用量并無特殊限定，可以將反應(yīng)原料溶解即可。

38、所述取代反應(yīng)的溫度優(yōu)選為40~100℃，更優(yōu)選為70℃；所述取代反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為12~72h，更優(yōu)選為24h。

39、在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，上述取代反應(yīng)結(jié)束后還包括：

40、將反應(yīng)后的產(chǎn)物溶液進(jìn)行透析和凍干，得到具有式（i）結(jié)構(gòu)的環(huán)狀陽離子聚氨基酸。

41、本發(fā)明對(duì)所述透析和凍干的方法并無特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的透析和凍干的方法即可。

42、本發(fā)明對(duì)上述式vii結(jié)構(gòu)所示的環(huán)狀聚（l-谷氨酸氯烷基酯）的制備方法并無特殊限定，可以按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進(jìn)行制備，優(yōu)選的，按照以下方法制備：

43、式viii所示的l-谷氨酸氯烷基酯-n-羧基環(huán)內(nèi)酸酐在式ⅸ所示引發(fā)劑的作用下進(jìn)行開環(huán)聚合反應(yīng)，得到式vii結(jié)構(gòu)所示的環(huán)狀聚（l-谷氨酸氯烷基酯）；

44、

45、其中，m為0~8的任意整數(shù)。

46、所述m的范圍同前文所述，在此不再贅述。

47、所述開環(huán)聚合反應(yīng)的溶劑優(yōu)選包括無水四氫呋喃、無水n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。

48、本發(fā)明對(duì)上述式ⅸ所示引發(fā)劑1,3-二異丙基咪唑鎓碳酸氫鹽的來源并無特殊限定，可以為一般市售。

49、所述式viii所示的l-谷氨酸氯烷基酯-n-羧基環(huán)內(nèi)酸酐和所述式ⅸ所示引發(fā)劑的摩爾比優(yōu)選為5~200:1，更優(yōu)選為5~100:1。

50、上述式viii所示的l-谷氨酸氯烷基酯-n-羧基環(huán)內(nèi)酸酐和所述式ⅸ所示引發(fā)劑的質(zhì)量總和和所述溶劑的體積的比例優(yōu)選為1.0~20.0?g：100~300?ml，在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，上述比例具體為1.1?g：250?ml、2.06?g：250?ml、4.96?g：250?ml、7.82?g：250ml、13.58?g：250?ml、19.36g：250?ml。

51、本發(fā)明對(duì)上述式viii所示的l-谷氨酸氯烷基酯-n-羧基環(huán)內(nèi)酸酐的來源并無特殊限定，可選的，所述式viii所示的l-谷氨酸氯烷基酯-n-羧基環(huán)內(nèi)酸酐按照程建軍等人發(fā)表的文獻(xiàn)song?z,?zheng?n,?ba?x,?yin?l,?zhang?r,?ma?l,?cheng?j.?polypeptides?withquaternary?phosphonium?side?chains:?synthesis,?characterization,?and?cell-penetrating?properties.?biomacromolecules?2014,?15:1491.?中記載的方法進(jìn)行合成。

52、上述開環(huán)聚合反應(yīng)的溫度優(yōu)選為10~60℃，更優(yōu)選為20~25℃，進(jìn)一步優(yōu)選為25℃；所述開環(huán)聚合反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為1~7天，更優(yōu)選為3~5天，進(jìn)一步優(yōu)選為3天。

53、在本發(fā)明的一些具體實(shí)施例中，上述開環(huán)聚合反應(yīng)結(jié)束后還包括：

54、將反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行透析和凍干，得到具有式（vii）結(jié)構(gòu)的環(huán)狀聚（l-谷氨酸氯烷基酯）。

55、本發(fā)明對(duì)所述透析和凍干的方法并無特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的透析和凍干的方法即可。

56、本發(fā)明提供的環(huán)狀陽離子聚氨基酸對(duì)革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌（s．a(chǎn)ureus）和革蘭氏陰性菌大腸桿菌（e.?coli）具有優(yōu)良的抗菌活性以及高的選擇性，可通過物理相互作用破壞細(xì)菌細(xì)胞膜完整性，表現(xiàn)出快速殺滅細(xì)菌的特點(diǎn)。本發(fā)明提供的環(huán)狀陽離子聚氨基酸在30?min內(nèi)可以將多種細(xì)菌存活率抑制到1%以下。

57、基于此，本發(fā)明提供了上述環(huán)狀陽離子聚氨基酸或上述制備方法制備的環(huán)狀陽離子聚氨基酸作為抗菌材料的應(yīng)用。

58、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種環(huán)狀陽離子聚氨基酸，具有式ⅰ所示結(jié)構(gòu)。

59、本發(fā)明提供的環(huán)狀陽離子聚氨基酸對(duì)革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌均表現(xiàn)出良好的體外殺菌效果，以及高選擇性，能夠快速殺菌，且不易誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。所合成的環(huán)狀抗菌聚氨基酸可通過物理作用破壞細(xì)菌細(xì)胞膜完整性，具有快速的殺菌動(dòng)力學(xué)，30分鐘內(nèi)可殺死99%以上細(xì)菌，且不易誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。