一种用于预防伤口感染的抗菌凝胶的制备方法与流程

本发明涉及一种用于预防伤口感染的抗菌凝胶的制备方法，属于药物制剂技术领域。

背景技术：

在临床创伤外科领域中细菌感染仍然是较为常见也是非常重要的一组疾病和并发症，是影响治疗效果的一个重要因素。对伤口大小、深度、水肿、感染等情况的判定是创面治疗的基础。但多年来，创面愈合的研究仍停留在大体评价与病理检查等方面。应用的系统性伤区评分方法由于包括肉芽组织、纤维连组织和焦痂变化、伤口渗液等多方面的指标，并根据量化情况来决定合适的覆盖材料，使创面愈合的判定有了一定的进步。近来有人提出按种颜色来区分创面情况，已得到大量临床医生的认同。红色创面涵盖了伤口愈合过程的任何阶段，如炎症、增生和塑型。黄色创面包括的颜色从黄色到白色以及灰色，主要是黄色的脂肪、白色或灰色的肌腱。此阶段，湿润环境有利于细菌增殖，造成感染发生，影响愈合的时间与质量。如何清除坏死组织与控制细菌感染是本阶段的重要工作。黑色创面主要是全层皮肤坏死形成的厚而干的焦痂，颜色范围包括黑、棕及棕褐色。此期往往需要采用各种积极手段清除坏死焦痂和黄色的坏死脱落物，保护创面直至愈合。创面的愈合过程是由黑向黄，再到红色的变化过程。即使慢性创面也同样重复着这一过程，只是有时慢性创面可能同时存在黑、黄、红的情况。这一概念的提出使创伤愈合的临床工作可操作性更强。

传统敷料如纱布、棉垫等是临床上使用的主要敷料。但传统敷料止血效果不满意，无保湿作用，肉芽组织容易长入纱布网眼中致粘连结痂，敷料浸透时易导致外源性感染，对创面愈合没有明显的促进作用。有人在纱布中加入油脂、硅酮聚合物等防止粘连，也有人将含抗生素（如磺胺嘧啶银软膏）、石碳酸、氯化汞等的油膏应用到纱布敷料中防止感染，但结果均不太理想。全厚皮肤缺损创面最理想的方法是用自体皮覆盖，但有时自体皮来源有限，用皮肤替代物覆盖创面是一种解决办法，主要包括异体组织覆盖物、合成敷料以及人造敷料等。

同种异体移植物主要来源于尸体皮，但存在来源有限、价格昂贵等不足。异种异体移植物有猪皮、蛙皮、羊膜、大网膜等。但该类敷料不能永久覆盖创面，不能完全消除其抗原性。另外，移植物还有灭菌、消毒和储存困难以及需多次手术导致费用昂贵等缺陷。

随着石化工业的发展，以高分子材料为原料的合成敷料日益增多，这类敷料可大致分为膜型、泡沫型、喷雾型和复合型。合成敷料与创面周围正常皮肤紧密贴合造成的局部低氧、微酸湿润环境可刺激毛细血管形成，内源性胶原酶释放和激活，使创面坏死组织溶解，为修复细胞提供良好环境。创面微环境的改善可吸引大量修复细胞和炎性细胞，这些细胞可分泌多种生长因子，生长因子与受体结合后又发挥促修复作用。组织工程创面覆盖物用于临床仍有许多难题，其中细胞培养周期较长、难以大量生产和成本昂贵是以后要解决的关键问题。

结冷胶是由好氧性少动鞘脂单胞菌atcc31461产生的阴离子型线性胞外多糖。结冷胶分为天然结冷胶(又称高酰基结冷胶)和低酰基结冷胶两种。天然结冷胶的分子主链是由重复的四糖单元组成，依次为d-葡萄糖、d-葡糖醛酸、d-葡萄糖及l-鼠李糖，其中每个单元的β(1→3)-d-葡萄糖2位有1个o-甘油酰取代基，6位每隔一个单位连有1个o-乙酰基。经热碱处理，天然结冷胶分子上的酰基可部分或全部脱除成为低酰基结冷胶。高酰基结冷胶形成的凝胶具有软弹性，而低酰基结冷胶形成的凝胶则具有硬脆性。由于低酰基结冷胶性质更加稳定，因此通常说的结冷胶一般是指低酰基结冷胶。结冷胶形成凝胶主要受温度和阳离子影响。随着温度的降低，结冷胶由最初的不规则线状结构先转为双螺旋二聚体，最后组装成三维网状结构，成为凝胶。

结冷胶具有显著的阳离子敏感特性，无论是na⁺、k⁺等一价离子，还是ca²⁺、mg²⁺等二价离子，均可促进其形成凝胶。二价阳离子除了静电屏蔽外还能直接与两个羧基形成化学键，得到更稳定的凝胶，即结冷胶对二价阳离子更为敏感。结冷胶形成的凝胶稳定性好，不仅可耐受高温、酸等环境，还能抵抗酶和微生物的降解。结冷胶上述优良的理化性质，使其在食品工业中已有广泛的应用。我国于1996年批准结冷胶作为食品增稠剂、稳定剂，但在医药和美容领域结冷胶的应用研究尚处于起步阶段。2008年，首次采用修饰的结冷胶培养人皮肤成纤维细胞和人胎儿成骨细胞，使结冷胶在医药领域的研究开始受到关注。结冷胶在组织工程学的应用研究进展迅速，且结冷胶生物相容性好，是理想的组织工程材料，研究结果显示其能有效地修复受损组织，具有广阔的应用前景。结冷胶可促进伤口分泌胶原蛋白，加快伤口修复，且结冷胶生物相容性好，不产生炎症反应，是伤口敷料的良好载体。结冷胶可阻止纤维原细胞的吸附和迁移，且无毒，生物相容性好，在术后防粘连上有潜在的应用价值。

乳酸链球菌素（nisin）亦称乳酸链球菌肽或音译为尼辛，是乳酸链球菌产生的一种多肽物质，由34个氨基酸残基组成，分子量约为3500da。由于乳酸链球菌素可抑制大多数革兰氏阳性细菌，并对芽孢杆菌的孢子有强烈的抑制作用，因此被作为食品防腐剂广泛应用于食品行业。食用后在人体的生理ph条件和α—胰凝乳蛋白酶作用下很快水解成氨基酸，不会改变人体肠道内正常菌群以及产生如其它抗菌素所出现的抗性问题，更不会与其它抗菌素出现交叉抗性，是一种高效、无毒、安全、无副作用的抗菌剂。

技术实现要素：

本发明的目的是使用结冷胶和乳酸链球菌素制备出一种更高安全性的伤口抗菌凝胶，用于贯穿伤、临床外科伤口、慢性长期创面、大面积烧伤伤口等伤口的抗菌护理。该方法操作简单，所制备的抗菌凝胶能够很好的杀灭和抑制两种典型的革兰氏阳性病原菌，表皮葡萄球菌和无乳链球菌，且易于涂抹和清楚，对伤口几乎没有损伤。

本发明的技术方案，用于预防伤口感染的抗菌凝胶的制备方法，其取结冷胶和乳酸链球菌素粉末分别溶于去离子水，随后将两者进行等体积混合，再加入edta粉末，反应后冻干得到冻干粉末，最后用去离子水配置成水凝胶。

皮肤是人体的重要器官，它起着控制体温，防止感染及体液流失，免疫及传感的作用。由于创伤、擦伤、皮肤溃烂和烧伤等原因，可能导致皮肤的大范围伤害。皮肤的损伤容易造成细菌感染，体液流失并引起各种并发症。需要开发伤口敷料对其进行保护，防止伤口的感染，促进伤口愈合。理想敷料应具备以下功能：①使伤口保持恒定的温度(37⁰c)；②敷料与伤口接触处需保持一定湿度；③能吸收多余渗出物；④具备良好的通透性；⑤防止微生物、有害微粒及其他有害物质污染伤口；⑥移去敷料时不会损伤伤口。新型敷料可促进伤口愈合、提高患者的舒适度、减轻疼痛，更重要的是，与传统敷料相比新型敷料更换频率更低，节省了人力，在当前各国医护人力资源，尤其是护理人员缺乏的大环境下，有极大的意义。

水凝胶作为伤口敷料不仅吸收伤口渗出液防止伤口的继发感染的同时，还为伤口提供一个湿润的环境，促进伤口愈合。而水凝胶又可作为载体释放抗菌金属纳米粒或药物，从而达到双重抗菌的效果。另外，水凝胶具有生物相容性和生物可降解性，在体内具有屏蔽效应，良好的亲水性能够增加其制剂在体内的循环时间，同时，通过逃避宿主的免疫反应可以减小吞噬细胞的活性。此外，体内用药时，生物降解的水凝胶比难以降解的水凝胶更加具有优势，降解的水凝胶不需要外科手术把植入的、释放药物后的残留物取出。因此，生物体自行降解的水凝胶具有更加广泛的应用前景是一种具有研究潜力的新型抗菌材料。

结冷胶又称凯可胶，是一种高分子线性多糖，由4个单糖分子组成的基本单元重复聚合而成．其基本单元是由1，3—和1，4—连接的2个葡萄糖残基，1，3—连接的1个葡萄糖醛酸残基，和1，4—连接的1个鼠李糖残基组成。其中葡萄糖醛酸可被钾、钠、钙、镁中和成混合盐。并且天然结冷胶含有o—酰基（甘油酰基和乙酰基）。天然或称高酰基结冷胶可形成高弹性低硬度凝胶。乙酰化结冷胶通过碱处理除去o—酰基后生成低酰基结冷胶，再经过滤可得到纯化低酰基结冷胶，即商品结冷胶，其相对分子质量约为50万。结冷胶干粉呈米黄色，无特殊的滋味和气味，约于150℃不经熔化而分解。耐热、耐酸性能良好，对酶的稳定性亦高。不溶于非极性有机溶剂，也不溶于冷水，但略加搅拌即分散于水中，加热即溶解成透明的溶液，冷却后，形成透明且坚实的凝胶。溶于热的去离子水或整合剂存在的低离子强度溶液，水溶液呈中性。采用结冷胶所形成的凝胶富含汁水，具有良好的风味释放性，有入口即化的口感。由于结冷胶优越的凝胶性能，目前已逐步取代琼脂、卡拉胶的使用。结冷胶广泛的应用在食品中，如布丁，果冻，白糖，饮料，奶制品，果酱制品，面包填料，表面光滑剂，糖果，糖衣，调味料等。也用在非食品产业中，如微生物培养基，药物的缓慢释放，牙膏等。

近年来，医院感染金黄色葡萄球菌感染率有逐年上升趋势。资料显示，金黄色葡萄球菌是最为常见的导致外科感染的革兰阳性球菌，其后依次为表皮葡萄球菌、粪肠球菌和尿肠球菌。据文献报道，20世纪80年代末至90年代初，葡萄球菌感染较以前明显增多，多发生于医院内，且多为外源性感染。侵袭性操作损害了人体的正常屏障，形成开放性创面使细菌容易侵入。医院葡萄球菌感染耐药性已是一个普遍存在的事实。金黄色葡萄球菌对常用抗生素的耐药率高达80%以上，但亚胺培南/西司他丁、万古霉素仍然是治疗革兰阳性球菌的有效药物，本组研究得出结论与上述报道有相同之处。

革兰阳性球菌感染比例的增加，使医院感染的经验性治疗更容易失败，因为我们还是习惯于首选抗革兰阴性杆菌为主的药物进行经验性治疗。另外本研究提示，第3位常见感染是铜绿假单胞菌，第5位是大肠埃希菌，均为g-杆菌，而g-杆菌对常用抗生素的耐药性已高得惊人。尤其是对第三代头孢菌素的耐药率较高，这种趋势与临床上第三代头孢菌素用量增加一致，除亚胺培南等少数几种抗生素外，大部分耐药率呈上升趋势已超过50%，有的已近100%。

某些细菌的耐药性是先天性的，如大部分革兰阴性菌对青霉素均具有抗药性，而原对抗生素敏感的菌株出现抗药性，大多是由于人为选择衍生而来。目前认为主要方式有3种:(1)由于突变而变成有耐药性的基因经细菌间相互作用从其他菌体获得耐药性基因。(2)医院感染性菌株出现后，医院隔离、消毒是否得力，将直接影响耐药性菌株的传播与增长速度。(3)也有人认为耐药性的造成，是由于抗生素的剂量不足或疗程过短，其结果是，抗菌药物在体内未能达到抑制细菌所需的mic，感染持续存在而产生耐药性。

耐药细菌感染的普遍性与耐药基因传播的广泛性给临床治疗增加了极大的难度。虽然治疗的药物剂量在不断增大，用药时间在不断延长，但治疗效果并不理想。因此，寻求新的抗菌药物及新的治疗方法已迫在眉睫。抗菌肽(antimicrobialpeptides，简称amps)是一类具有广谱抗菌作用的小分子活性肽，广泛存在于自然界的生物体中。由于抗生素的大量使用，出现了大量的耐药菌株，抗菌肽具有和抗生素不同的抗菌机制，有望成为抗生素的最佳替代者。

乳酸链球菌素是一种天然多肽，由34个氨基酸组成，肽链上有六个自由的氨基，可以做为活性结合位点。结冷胶是一种天然长链多糖，每个结构单元都有一个羧基，可以和乳酸链球菌素的氨基结合，形成酰胺键，从而使乳酸链球菌素接枝到结冷胶的长链上。

具体步骤如下：

（1）结冷胶热溶液的制备：取结冷胶，在78-82℃的下溶于去离子水中，配成质量浓度为0.05%-2%的结冷胶热溶液，并冷却到20-65℃；

（2）乳酸链球菌素溶液的制备：将效价为1000iu/mg的乳酸链球菌素粉末溶于去离子水中，配成质量浓度为0.05%-2%的乳酸链球菌素溶液；

（3）edta的加入：将步骤（1）制备所得结冷胶溶液和步骤（2）制备所得乳酸链球菌素溶液等体积混合，并加入溶液总质量0.1%-1%的edta粉末；将所得混合溶液放入转速为150-600rpm的20-40℃旋转摇床中，反应1-10小时，得到反应液；

（4）冻干：将步骤（3）所得反应液在-40~-60℃的真空冻干机中冷冻55-65h，得到冻干粉末；

（5）凝胶配置：将步骤（4）所得冻干粉末溶于去离子水中，配成浓度为1%-5%的水凝胶，即得预防伤口感染的抗菌凝胶。

进一步的，步骤（5）中的去离子水能够替换为1%-5%的胶原蛋白溶液。

进一步的，步骤（5）中的去离子水能够替换为含有抗生素的溶液或含有表皮生长因子的溶液。

本发明的有益效果：本发明制备的抗菌凝胶采用的结冷胶具有良好的成胶性能，在接枝了部分乳酸链球菌素后，形成的凝胶便具有了乳酸链球菌素的抗菌作用，加入了edta后使得该凝胶对一些革兰氏阴性菌也是有效的，而且水凝胶的多孔结构对乳酸链球菌素有一个保护作用，可以适当隔绝乳酸链球菌素与外界的接触，在一定程度上延长乳酸链球菌素的抗菌时效。

附图说明

图1是采用抗菌凝胶处理过的破碎表皮葡萄球菌。

图2是采用抗菌凝胶处理过的破碎枯草芽孢杆菌。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

具体步骤如下：

（1）结冷胶热溶液的制备：取结冷胶，在78℃的下溶于去离子水中，配成质量浓度为0.05%的结冷胶热溶液，并冷却到20-65℃；

（2）乳酸链球菌素溶液的制备：将效价为1000iu/mg的乳酸链球菌素粉末溶于去离子水中，配成质量浓度为0.05%的乳酸链球菌素溶液；

（3）edta的加入：将步骤（1）制备所得结冷胶溶液和步骤（2）制备所得乳酸链球菌素溶液等体积混合，并加入溶液总质量0.1%的edta粉末；将所得混合溶液放入转速为150rpm的40℃旋转摇床中，反应1小时，得到反应液；

（4）冻干：将步骤（3）所得反应液在-40℃的真空冻干机中冷冻55h，得到冻干粉末；

（5）凝胶配置：将步骤（4）所得冻干粉末溶于含有抗菌素的溶液中，配成浓度为1%-5%的水凝胶，即得预防伤口感染的抗菌凝胶。

实施例2

具体步骤如下：

（1）结冷胶热溶液的制备：取结冷胶，在82℃的下溶于去离子水中，配成质量浓度为2%的结冷胶热溶液，并冷却到20℃；

（2）乳酸链球菌素溶液的制备：将效价为1000iu/mg的乳酸链球菌素粉末溶于去离子水中，配成质量浓度为2%的乳酸链球菌素溶液；

（3）edta的加入：将步骤（1）制备所得结冷胶溶液和步骤（2）制备所得乳酸链球菌素溶液等体积混合，并加入溶液总质量1%的edta粉末；将所得混合溶液放入转速为600rpm的20℃旋转摇床中，反应10小时，得到反应液；

（4）冻干：将步骤（3）所得反应液在-60℃的真空冻干机中冷冻65h，得到冻干粉末；

（5）凝胶配置：将步骤（4）所得冻干粉末溶于1%的胶原蛋白溶液中，配成浓度为1%-5%的水凝胶，即得预防伤口感染的抗菌凝胶。

实施例3

步骤如下：

（1）结冷胶溶液制备：将结冷胶在80⁰c的条件下溶于去离子水中，配成0.05%-2%的结冷胶热溶液，并冷却到40⁰c；

（2）乳酸链球菌素溶液制备：将效价为1000iu/mg的乳酸链球菌素粉末溶于去离子水中，配成1%的乳酸链球菌素溶液；

（3）结冷胶和乳酸链球菌素接枝：将结冷胶溶液和乳酸链球菌素溶液等体积混合，加入0.5%的edta粉末，放入转速为300rpm的30⁰c旋转摇床中，反应5小时；

（4）接枝物的冻干：将得到的混合液在-50⁰c的真空冻干机中冻干成粉末保存；

（5）抑菌凝胶配制：使用时将所得粉末溶于去离子水中，配成浓度为3%的水凝胶；

（6）琼脂培养基配制：在锥形瓶中配置营养琼脂培养基，用电热炉加热煮沸至澄清状态，盖好塞子，同pbs缓冲液、无菌水、配套枪头、涂布棒、离心管一同放入高压灭菌锅中灭菌，121℃杀菌25min。将培养皿用牛皮纸包好和试管一起放入鼓风干燥箱中灭菌，170℃杀菌2h。实验前超净工作台及操作室使用前需用紫外灯杀菌30min以上。将培养基及培养皿放置到60℃后开始倒培养皿，培养基使用前摇匀，每个培养皿倒15～20ml左右，倒好后水平静置至完全凝固。

（7）菌液制备与涂布：从冰箱取出需要测试的表皮葡萄球菌、无乳链球菌和大肠杆菌菌种活化0.5h后，加入5ml的pbs缓冲液将斜面上，在手掌上轻轻振打80次，使菌株完全冲下，倒入试管中轻轻摇匀。吸取1ml的菌液加入到4ml的pbs缓冲液中，再吸取1ml稀释的菌悬液依次进行5倍梯度稀释，选择10⁸cfu/ml左右的菌悬液或10⁶cfu/ml左右的孢子悬浮液（对比0.5麦氏比浊管），将选好的菌悬液十倍系列稀释后选第二支试管（即浓度约为10⁶/cfu/ml左右的菌悬液或10⁴cfu/ml左右的孢子悬浮液）进行试验。用移液枪吸取浓度为10⁶cfu/ml试验菌悬液0.1ml，将其接种到已经倒好的营养琼脂培养皿内，用涂布棒涂布均匀，盖好培养皿。

（8）抑菌实验：将配置好的抗菌凝胶均匀涂抹于准备好的各培养皿内的琼脂培养基表面，另一份培养皿不涂，放入37⁰c隔水培养箱中培养24小时后取出，观察表面菌的生长情况，发现涂抹了抑菌凝胶的琼脂表面没有菌的生长，而不涂抹抑菌凝胶的长满了菌落。

采用抗菌凝胶处理过的破碎表皮葡萄球菌如图1所示，采用抗菌凝胶处理过的破碎枯草芽孢杆菌如图2所示。

以上结果表明使用本发明制得的产物凝胶具有良好的抗菌活性，且能在较长的时间（24h）内发挥抑菌作用，是一种良好的抗菌凝胶，可用于预防伤口感染。