抗生素革命改善了医疗，但AMR问题威胁治疗效果，生物膜感染难以治疗。aPDT作为一种新疗法，利用光敏剂、光源和氧气。卟啉类化合物因其特性成为理想光敏剂，ZnTPP因其稳定性和高效单线态氧产率被选用。研究还探索了卟啉聚合物作为前药，提高aPDT效果。Jeffamine共聚物与ZnTPP结合，增强抗菌和生物分子结合能力，为治疗提供新视角。
本研究介绍了一种新型卟啉-Jeffamine 聚合物偶联物的开发和表征，旨在作为抗菌光动力疗法（aPDT） 的光敏剂前药。该偶联物具有共价连接到生物相容性聚合物骨架的光敏卟啉单元，与游离卟啉衍生物相比，具有增强的溶解度、稳定性和生物利用度。除了发射研究外，还使用跨越 fs-μs 时间尺度的瞬态吸收光谱研究了光物理特性。光活化后活性氧的产生使细菌细胞能够有效杀伤。光谱研究证实，偶联物通过嵌入与DNA强结合，可能破坏了DNA复制和转录。与牛血清白蛋白的相互作用研究表明，血清蛋白结合显著，这可能对药代动力学和生物分布产生积极影响。总体而言，这种卟啉-聚合物偶联物提供了一个多功能治疗诊断平台，将抗菌作用与DNA和蛋白质结合潜力相结合，使其成为aPDT和生物成像应用的有前途的候选者。
图1.材料表征。
Jeff-ZnTPP聚合物的GPC显示Mw为2442 g/mol，Mn为2310 g/mol，Đ为1.06。FT-IR和GPC证实ZnTPP成功改性。单线态氧测试显示Jeff-ZnTPP和ZnTPP的量子产率分别为0.70和0.75。荧光寿命在THF中为1.88ns，在乙酸乙酯中为2.25ns。纳秒TAS测量显示Jeff-ZnTPP三重态寿命延长，归因于聚合物环境的影响（图1）。
图2.DNA 结合研究。
紫外-可见光谱显示ZnTPP和Jeff-ZnTPP与CT DNA相互作用，导致Soret带吸收降低和红移，表明DNA结合。Jeff-ZnTPP的结合常数Kb更高，表明对DNA的亲和力更强。EB竞争实验进一步证实了这种结合，Jeff-ZnTPP的荧光猝灭常数KSV和淬灭常数Kq显著高于ZnTPP，显示更强的DNA结合能力。这些结果暗示Jeff-ZnTPP在生物医学领域，如DNA传感和光动力治疗，具有应用潜力（图2）。
图3. 蛋白质结合研究。
BSA是血液中的主要蛋白质，对药物的稳定性和毒性有重要影响。本研究通过荧光和紫外-可见光光谱法探究了ZnTPP和Jeff-ZnTPP与BSA的相互作用。结果显示Jeff-ZnTPP与BSA的结合更强，可能由于其更大的表面积和柔性构象。这些结果对药物开发和光动力治疗具有重要意义（图3）。
图4.抗菌活性调查。
ZnTPP和Jeff-ZnTPP在无光条件下对金黄色葡萄球菌几乎没有抗菌效果。但在420nm光照下，两者均显示出抗菌活性，Jeff-ZnTPP的效果更为显著，60分钟后CFU/ml降低6log。实验还表明，Jeff-ZnTPP对革兰氏阳性菌有选择性抗菌活性，而对革兰氏阴性菌活性较低，这可能与细菌的细胞膜结构有关（图4）。
图5.生物相容性研究。
新型抗菌剂Jeff-ZnTPP在100 μg/mL浓度下对人角质形成细胞和红细胞的毒性较低，IC50为169 μg/mL，溶血率低于3%，显示出良好的生物相容性（图5）。
卟啉聚合物Jeff-ZnTPP保持了ZnTPP的光物理特性，并在微秒时间尺度上显示出增强的三重态激发态，寿命显著增加。与ZnTPP相比，Jeff-ZnTPP与DNA和血清白蛋白的结合能力更强，可能是由于其增加的表面积和灵活的构象。Jeff-ZnTPP对革兰氏阳性菌具有选择性抗菌活性，对人皮肤细胞和红细胞的毒性低，显示出良好的生物相容性。这些特性使Jeff-ZnTPP在DNA传感、药物递送和光动力疗法中具有潜在应用，为抗菌治疗和生物医学研究带来新的可能性。
近期，该研究成果以“Porphyrin-Polymer as a Photosensitizer Prodrug for Antimicrobial Photodynamic Therapy and Biomolecule Binding Ability”为题发表于学术期刊《Biomacromolecules》，论文第一作者为Leila Tabrizi，通讯作者为都柏林城市大学的Mary T. Pryce。
撰稿人：韩 毅
审稿人：王 平
论文全文链接
https://doi.org/10.1021/acs.biomac.4c01011
抗菌抗污材料前沿
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