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本论文着重研究了嘧啶类药物前体修饰于金纳米颗粒后的抗菌性能,初步探讨了抗菌机理,并考察了生物安全性。内容包括柠檬酸钠稳定的金纳米颗粒、2-巯基-4,6-二氨基嘧啶、2-巯基-4-氨基嘧啶、2,4-二氨基-6-巯基嘧啶和2-巯基-4,6-二羟基嘧啶的合成和表征,非离子表面活性剂对金纳米颗粒在生物溶液中的稳定性的影响,纳米颗粒的抗菌性能、抗菌机理及其生物安全性研究。本论文为纳米抗菌药物的研发提供了一种新的策略。
无论是在制备过程还是生物应用中,纳米颗粒的稳定性是首先需要考虑的问题。本论文研究了非离子表面活性剂吐温系列对金纳米颗粒稳定性的影响,表明吐温80可以避免纳米颗粒在离心分离时发生团聚;在用两步法修饰金纳米颗粒前加入少量的吐温80,可以极大地增强纳米颗粒在DNA或各种蛋白质溶液中的稳定性。
巯基嘧啶是大肠杆菌内tRNA碱基的类似物,本身没有抗菌活性,常用作药物的前体。本文将氨基取代的巯基嘧啶修饰于金纳米颗粒上,使其具有优良的抗菌性能。它对抗生素敏感菌和多药耐药菌都有良好的抗菌活性。高浓度血清或高浓度和低浓度的镁离子存在下都会降低纳米颗粒的抗菌活性。纳米颗粒与庆大霉素无协同作用,也无拮抗作用。羟基取代的巯基嘧啶修饰的金纳米颗粒无抗菌活性。
初步抗菌机理研究表明,氨基取代的巯基嘧啶修饰的金纳米颗粒表面带正电荷,大量吸附于细菌表面,与镁离子或钙离子结合,破坏细胞壁外膜结构,引起细菌内容物泄露而导致细菌死亡;同时纳米颗粒可以进入菌体,与核糖体和染色体结合,用无细胞蛋白表达系统可以证明纳米颗粒抑制基因表达;纳米颗粒干扰质粒的转化。羟基取代的巯基嘧啶修饰的金纳米颗粒表面带负电荷,不与细胞表面结合,也很少能进入或留存于菌体内,不与离子产生颜色反应,也不影响质粒转化。
纳米颗粒很难诱导细菌产生耐药性,诱导大肠杆菌51代(NPR-G51)产生的极低水平耐药性(MIC增长了0.3倍)不引起庆大霉素的交叉耐药性。在诱导耐药性的过程中细菌性状发生改变:细菌体积变小,膜电位升高,细菌生长速率略有增加,平板菌落大小无差异。这与抗生素或某些金属离子所引起的细菌性状变化截然不同,表明金纳米颗粒可能存在独特的抗菌机理。诱导产生的抗纳米颗粒大肠杆菌去耐药性也很难。耐纳米颗粒菌在无纳米颗粒情况下培养10代(NPR-G51-10),仍然保持其低水平抗性。研究显示NPR-G51-10菌体内仍然有金纳米颗粒。
抗菌试剂需要有一定生物安全性才可能成为临床药物。在100μg/ml的高浓度下,纳米颗粒对体外培养基中的人脐静脉内皮细胞没有毒性。在小鼠急性毒性实验中,单次静脉注射250 mg/kg剂量的纳米颗粒不引起小鼠死亡。