聚赖氨酸抗菌肽改性明胶多功能水凝胶的构建与应用

doi:10.7503/cjcu20230312

高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 20230312.doi: 10.7503/cjcu20230312

聚赖氨酸抗菌肽改性明胶多功能水凝胶的构建与应用

江云静, 黄童黛, 曹玉玉, 白荣先, 吴杰, 王祖曦, 孙红梅()

湖北工业大学生物工程与食品学院, 发酵工程教育部重点实验室, 国家细胞调控与分子药物“111”引智基地, 工业微生物湖北省重点实验室, 湖北省工业发酵协同创新中心, 武汉 430068

收稿日期:2023-07-04 出版日期:2024-01-10 发布日期:2023-10-12
通讯作者: 孙红梅 E-mail:hmsunqi@163.com
基金资助:
湖北工业大学国家细胞调控与分子药物“111”引智基地青年项目(XBTK-2022007)

Construction and Application of Polylysine Peptide Modified Gelatin Multifunctional Hydrogel

JIANG Yunjing, HUANG Tongdai, CAO Yuyu, BAI Rongxian, WU Jie, WANG Zuxi, SUN Hongmei()

Key Laboratory of Fermentation Engineering（Ministry of Education），HBUT National “111” Center for Cellular Regulation and Molecular Pharmaceutics，Key Laboratory of Industrial Microbiology in Hubei，Hubei Province Cooperative Innovation Center for Industrial Fermentation，School of Bioengineering and Food，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，China

Received:2023-07-04 Online:2024-01-10 Published:2023-10-12
Contact: SUN Hongmei E-mail:hmsunqi@163.com
Supported by:
the HBUT National “111” Center for Cellular Regulation and Molecular Pharmaceutics, China(XBTK-2022007)

1. ESM to 20230349.pdf(834KB)

摘要/Abstract

摘要：

将ε-聚赖氨酸(EPL)抗菌肽接枝到明胶上, 合成ε-聚赖氨酸改性明胶(GEL-E)后, 以GEL-E、羧甲基壳聚糖(CMC)和氧化硫酸软骨素(OCS)为原料, 制备了一种具有可注射性、自愈合性及抗菌性的多功能快速凝胶化水凝胶——GEL-E/CMC/OCS水凝胶. 该水凝胶具有较高的储能模量、弹性形变性能、自愈合性能、可注射性能以及抗菌性能. 将甘草酸二钾(DG)载入水凝胶, 赋予水凝胶抗炎特性以及促伤口愈合能力. 初步评价了水凝胶的释药行为. 结果表明, 药物释放可达100%. 同时, 评价了载药后水凝胶的细胞相容性以及促细胞迁移能力, 发现水凝胶对细胞的毒性很低, 且可以促进细胞迁移. 研究结果表明, 该水凝胶具有良好的力学性能、生物相容性以及促细胞迁移能力, 在促进伤口愈合领域具有广阔的应用前景.

关键词: 多功能水凝胶, 聚赖氨酸, 抗菌肽, 伤口敷料

Abstract:

The ε-polylysine（EPL） antibacterial peptide was grafted onto gelatin to synthesize EPL-modified gelatin（GEL-E）， afterwards， a multifunctional hydrogel， GEL-E/CMC/OCS hydrogel， with injectable， self-healing and antibacterial properties was prepared using GEL-E， carboxymethyl chitosan（CMC） and chondroitin oxysulfate（OCS）.The experimental results showed that the hydrogel prepared has high energy storage modulus， elastic deformation， self-healing， injectable and antibacterial properties. Dipotassium glycyrrhizinate（DG） was loaded into hydrogel， which endowed the hydrogel with anti-inflammatory properties and wound healing ability. The results showed that the drug release rate could reach 100%. Meanwhile， the cell compatibility and the ability of promoting cell migration were evaluated， the results showed that the hydrogels presented very low cytotoxicity and could promote cell migration. All the above results indicated that the GEL-E/CMC/OCS hydrogel has good mechanical properties， biocompatibility and ability to promote cell migration， and has broad application prospects in the field of promoting wound healing.

Key words: Multifunctional hydrogel, Polylysine, Antimicrobial peptide, Wound dressing

中图分类号:

O636

TrendMD:

江云静, 黄童黛, 曹玉玉, 白荣先, 吴杰, 王祖曦, 孙红梅. 聚赖氨酸抗菌肽改性明胶多功能水凝胶的构建与应用. 高等学校化学学报, 2024, 45(1): 20230312.

JIANG Yunjing, HUANG Tongdai, CAO Yuyu, BAI Rongxian, WU Jie, WANG Zuxi, SUN Hongmei. Construction and Application of Polylysine Peptide Modified Gelatin Multifunctional Hydrogel. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(1): 20230312.

图/表 9

Fig.1 FTIR spectra of chondroitin sulfate(a), OCS(b), gelatin(c), GEL⁃E(d) and GEL⁃E/CMC/OCS hydrogel(e)

Fig.2 Images showing the formation(A), adhesiveness(B), self⁃healing process(C) and injectability(D) of GEL⁃E/CMC/OCS hydrogel

Fig.3 SEM images of CMC/OCS hydrogel(A) and GEL⁃E/CMC/OCS hydrogel(B)

Fig.4 Rheological behavior of hydrogels（A） Storage modulus of hydrogels under stress scanning；（B） storage modulus（n=3） of hydrogel during destructive shear（strain increase from 1% to 400%） and recovery（1% strain）；（C， D） storage modulus（C） and shear viscosity（D） of hydrogel under oscillatory frequency scanning.

Fig.5 Standard curve of DG(A) and cumulative release rate curve of DG from GEL⁃E/CMC/OCS/DG hydrogel(B)

Fig.6 Images of S. aureus colony formation after treatment with different hydrogels(A) and quantization results(B)(B) a. Control; b. CMC/OCS hydrogel; c. GEI-E/CMC/OCS hydrogel; d. GEI-E/CMC/OCS/DG hydrogel.

Fig.7 Hemocompatibility evaluation of different hydrogelsa. PBS； b. CMC/OCS hydrogel； c. GEI-E/CMC/OCS hydrogel； d. GEI-E/CMC/OCS/DG hydrogel； e. TritonX-100.

Fig.8 Cytocompatibility evaluation of different hydrogels

Fig.9 Photographs showing the cell migration of L929 at different times(A) and quantitative results(B)

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