一种光敏剂联合抗生素智能抗菌水凝胶及其制备方法和应用

本发明属于纳米药物制剂领域与高分子化学领域，具体涉及一种光敏剂联合抗生素智能抗菌水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、皮肤创伤是一个受众广泛、极易发生的全球性健康问题。若未及时进行相关治疗，则会产生更为严重的细菌感染，令创伤更加难以治愈。创伤感染的治疗目前还是以清创与冲洗、创面敷料治疗和药物治疗等传统疗法为主。由于抗生素能快速高效地杀灭细菌，因此在药物治疗中抗生素依旧是治疗细菌感染的首要选择。但是抗生素的使用仍存在以下几大难题：(1)低剂量抗生素灭菌效果不佳而高剂量抗生素会导致各种毒副作用如肾毒性、耳毒性等；(2)由于不同类型的皮肤创伤导致的创面细菌菌落与微生物环境不同，例如急性创伤中细菌感染大多数由革兰氏阳性菌引起，包括金黄色葡萄球菌、链球菌等；慢性创伤细菌感染中革兰氏阴性菌占比更高，包括铜绿假单胞菌、大肠埃希菌、和念珠菌等；因此单一抗生素难以有效杀伤创面全部菌落(3)抗生素的过度使用会造成细菌耐药性问题，比如超级细菌的产生。因此，实现抗生素的按需释放以及寻找新型抗菌药物是当前解决细菌感染问题的一大热点。

2、阿米卡星(amk)是一种氨基糖苷类抗生素，作用机制主要是与细菌核糖体30s亚单位结合，抑制细菌蛋白质合成，破坏细菌细胞壁的完整性，从而导致细菌细胞膜的破坏和细菌死亡。阿米卡星抗菌谱包括多种革兰氏阴性菌和一小部分革兰阳性菌，主要包括铜绿假单胞菌、大肠埃希菌、变形杆菌、克雷伯菌、沙雷菌和耐青霉素金黄色葡萄球菌等，对多数革兰氏阳性菌灭菌效果不佳。临床上常常把阿米卡星用为治疗这些敏感细菌所导致的部位感染，包括支气管炎、肺炎、细菌性心内膜炎、胆囊炎、胆管炎、骨髓炎、腹腔感染及尿路感染、皮肤软组织感染等等。而在应用阿米卡星时可能会造成耳毒性和肾毒性等毒副作用，这也限制了阿米卡星在临床上的应用。

3、5-氨基乙酰丙酸，又名5-氨基酮戊酸(5-aminolevulinic acid，5-ala)是哺乳动物细胞血红素合成的中间产物，本身没有光敏特性，但可以在线粒体内膜合成内源性的光敏剂分子原卟啉(ppix)。当外源性给予5-ala时，它会特异性进入高代谢率的组织或者生物体(如肿瘤细胞、巨噬细胞和细菌)，形成光敏剂ppix，在光照条件下产生活性氧(ros)，从而诱导细胞或细菌凋亡。然而，由于5-ala的亲水性和两性离子特性，5-ala对跨越生物膜屏障的能力较弱，难以穿透细菌形成的生物膜。研究证明，亲脂性更高的5-氨基乙酰丙酸己酯(5-ala·hal)更容易穿透细菌屏障，到达细胞质，对于大多数革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有较强的杀伤作用。因此，用于光动力疗法(pdt)的5-ala·hal有望成为新型抗菌药物并有效缓解抗生素耐药性等问题。但是研究发现5-ala·hal在生理条件下降解速率远高于5-ala，临床上需要长时间多次给药，增加了对正常生理细胞的危害。因此，亟需设计一种5-ala·hal前药，在正常条件下稳定，但在创伤微环境下具有活性，释放出5-ala·hal从而特异性抗菌。

4、临床采用的简单药物叠加不能改变药物固有的体内动力学特征和组织分布特性，而药物的药效及毒副作用与其体内吸收、分布和摄取密切相关。将联用药物负载于同一载体同步靶向传递至病变部位，以最佳的剂量比对细胞增殖过程进行多重机制的抑制或阻断，有望使特定药物组合达到最佳协同效果并同时提高药物疗效和有效降低毒副作用。因此，亟需一种简单方法制备得到联合给药系统，用于阿米卡星和5-氨基乙酰丙酸己酯联合给药，实现高效杀菌和按需给药，降低药物的毒副作用，并有助于解决细菌耐药性问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光敏剂联合抗生素智能抗菌水凝胶及其制备方法和应用，该水凝胶具有ph敏感特性，可在炎症微酸性环境时实现抗生素的按需释放，避免抗生素的过量使用，降低抗生素的剂量和毒副作用，同时两种药物通过不同机制协同杀灭细菌增加了抗菌效果，能够高效预防或治疗创面的细菌感染。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

3、提供一种光敏剂联合抗生素智能抗菌水凝胶，以氧化葡聚糖40(odex)作为水凝胶基质，通过席夫碱反应键合5-氨基乙酰丙酸己酯得oahal；然后与阿米卡星交联制备得到。

4、按上述方案，所述氧化葡聚糖40通过高碘酸钠氧化葡聚糖40制备得到，其中葡聚糖40和高碘酸钠的质量比为1.5～1:1。优选地，葡聚糖40的分子量为40-50kda。

5、按上述方案，所述氧化葡聚糖40和5-氨基乙酰丙酸己酯的质量比为2.5～5：1。

6、按上述方案，oahal与阿米卡星的质量比为0.85～2.13：1，优选为1～1.6:1，更优选为1.3-1.5:1。

7、提供一种上述光敏剂联合抗生素智能抗菌水凝胶的制备方法，主要包括以下步骤：

8、1)将氧化葡聚糖40(odex)和光敏剂前体5-氨基乙酰丙酸己酯盐酸盐(5-ala·hal)混合进行席夫碱反应，利用ph敏感型亚胺键偶联药5-ala·hal，透析、冻干后得到产物oahal，反应式如下：

9、

10、2)将步骤1)中所得产物oahal(记为产物a)与阿米卡星(amk)进行交联反应，透析、冻干后即得双药联用抗菌水凝胶(odaa)，反应式如下：

11、

12、按上述方案，所述步骤1)中，氧化葡聚糖40的制备包括以下步骤：

13、将一定量的葡聚糖40和高碘酸钠分别溶于去离子水中，将高碘酸钠溶液搅拌条件下逐滴加入葡聚糖溶液中，避光搅拌反应一段时间，终止反应后，继续避光搅拌，最后透析、冻干即得氧化产物odex，反应式如下：

14、

15、优选地，葡聚糖40的分子量为40-50kda。

16、优选地，葡聚糖40和高碘酸钠的质量比为1.5～1:1。

17、优选地，反应时间为12～24h，终止反应后继续避光搅拌时间为2-3h。

18、优选地，将反应产物进行去离子水透析36-48h、冻干36-48h后得到氧化产物odex。

19、优选地，通过加入乙二醇终止反应。

20、按上述方案，所述步骤1)中，odex与5-氨基乙酰丙酸己酯的质量比为2.5～5：1。

21、按上述方案，所述步骤1)中，将反应体系调节ph至7-7.4进行席夫碱反应。优选地，调节ph所用试剂为三乙胺。

22、按上述方案，所述步骤1)中，反应温度为40-60℃；反应时间为3～4h。

23、按上述方案，所述步骤1)中，反应结束后进行去离子水透析36-48h、冻干36-48h后得到产物oahal。

24、按上述方案，所述步骤1)中，席夫碱反应的溶剂为去离子水。

25、按上述方案，所述步骤2)中，oahal与阿米卡星的质量比0.85～2.13：1；优选为1～1.6:1，更优选为1.3-1.5:1。

26、按上述方案，所述步骤2)中，交联反应的时间为20s-10min；温度为36-37.5℃。

27、按上述方案，所述步骤2)中，oahal与阿米卡星分别在去离子水中溶解后混合进行交联反应。

28、提供上述双药联合智能抗菌水凝胶在制备抗菌药物中的应用，所述抗菌药物同时负载光敏剂5-氨基乙酰丙酸己酯和抗生素阿米卡星。

29、本发明借助无毒无害，生物相容性好且价廉易得的葡聚糖40作为载体，应用高碘酸钠氧化法将其氧化为醛基化葡聚糖，然后通过席夫碱反应生成ph敏感性亚胺键，使其与光敏剂5-氨基乙酰丙酸己酯键合，最后通过醛基与带有多氨基结构的抗生素阿米卡星进行交联，制备得到了ph敏感性抗菌水凝胶，该水凝胶在抗菌以及烧伤感染治疗领域有广阔的应用前景。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

31、1.本发明提供了一种光敏剂联合抗生素智能抗菌水凝胶，以氧化葡聚糖40作为水凝胶基质，同时负载光敏剂前体5-氨基乙酰丙酸己酯和抗生素阿米卡星；该水凝胶中通过光动力疗法和抗生素两种不同机制联合抗菌，抗菌效果优良，减少了抗生素阿米卡星的使用量，从而降低水凝胶的毒副作用，同时有效提高了5-氨基乙酰丙酸己酯的稳定性，充分发挥了光敏剂前体的抗菌特性；此外所得水凝胶具有ph敏感性，可在创伤时期微酸环境下实现药物的按需释放，避免抗生素的过量使用，缓解抗生素滥用问题；该水凝胶抗菌谱包括大多数革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌，能够消灭各种创伤类型导致的细菌菌落，有效地预防或治疗创面的细菌感染，具有广泛的应用前景。

32、2.本发明所得水凝胶中合适的阿米卡星浓度有利于得到均匀分布的空洞结构，其中空洞结构能够包围大量水分子，为创伤表面保持湿润环境，有助于伤口愈合，该水凝胶连续性好，结构稳定，易于保存。

33、3.本发明所得水凝胶既可以注射使用，也可在感染部位小面积外敷使用，使用便捷，抗菌效果优异。

34、4.本发明提供了一种光敏剂联合抗生素智能抗菌水凝胶的制备方法，选择价廉易得，无毒无害且生物相容性好的氧化葡聚糖40作为水凝胶基质，席夫碱反应键合5-氨基乙酰丙酸己酯，使用阿米卡星作为联用抗生素和交联剂，即可得到双载药的抗菌水凝胶，制备过程操作简单且易于控制，反应条件温和，所得水凝胶具有均匀分布的空洞结构，连续性好，结构稳定，易于保存，抗菌效果优良。