我們的目標是開發抗生素的替代品」-Matthias Hartlieb 和他的團隊正在研究用於生物醫學應用的合成聚合物

博士。 馬蒂亞斯·哈特利布 (Matthias Hartlieb) 已向抗抗生素細菌宣戰，並與他的同事一起研究聚合物的特性如何影響其抗菌效果。 自2021年起，他領導了化學研究所的Emmy Noether初級研究小組“高分子生物材料”，致力於這一主題。

世界衛生組織（WHO）將抗生素抗藥性細菌的快速發展列為全球人類健康十大威脅之一。 「細菌和真菌自古以來就攜帶抗性基因，」馬蒂亞斯·哈特利布解釋。 「然而，透過頻繁使用抗生素，我們創造了一個主要抗藥性細菌可以生存的環境，因此更容易傳播。」它們主要發生在使用許多抗生素的地方- 例如在醫院或畜牧業- 並將廢水傳播到環境 。 全世界每年有超過 120 萬人死於抗生素抗藥性細菌。 免疫系統較弱的人、接受移植的人、接受化療的癌症患者或接受手術的患者感染的風險尤其增加。

洗瓶刷聚合物當抗生素

Hartlieb 說：「我們的願景是開發合成的水溶性聚合物，可用於治療人體內的細菌感染，就像我們現在使用抗生素一樣，例如片劑或註射劑。」由於這些聚合物會攻擊細菌膜，細菌 很難對它們產生抗藥性。 「它們具有抗菌肽的特性，我們的免疫系統利用抗菌肽來調節和抵抗細菌，」他補充道。 勝肽或聚合物帶有正電荷，可以附著在帶負電荷的細菌細胞膜上。

聚合物是由許多相似部分組成的長分子鏈，例如聚酯或聚乙烯等塑膠。 在自然界中，它們以碳水化合物的形式存在，例如植物中的纖維素和澱粉，或以細胞中的蛋白質的形式存在。 然而，作為簡單的長分子鏈，哈特利布實驗室的聚合物不會對細菌細胞膜產生任何顯著影響。 仍需要大量基礎研究來提高其抗菌效果，以便將其用於治療。 「我們使用所謂的瓶刷聚合物，其中每根刷毛都是聚合物，」研究人員描述道。 憑藉這種特殊的結構，許多聚合物在一個很小的空間內捆綁在一起，因此可以更有效地攻擊細菌的膜。

聚合物的活性和選擇性至關重要

第一階段融資的關鍵結果是所用聚合物的結構對其生物活性和選擇性有很大影響。 活性量化了聚合物的抗菌效果，而選擇性則是衡量其區分細菌和體細胞的能力。 對於傳統抗生素來說，選擇性非常高。 「我們想要實現這一目標，」馬蒂亞斯·哈特利布 (Matthias Hartlieb) 強調。 為此，研究人員系統性地測試了不同長度和形狀的刷聚合物。 在細菌測試方面，該小組與弗勞恩霍夫細胞治療和免疫學研究所（IZI-BB）以及戈爾姆應用聚合物研究所（IAP）合作。 首先，哈特利布和他的團隊想要找出需要多少聚合物來阻止細菌的生長。 適用以下原則：越少越好。 「我們改變了刷子聚合物的結構，直到找到刷子的最佳縱橫比，」他描述道。 這使得選擇性從原來的 32 增加到 640，這意味著該聚合物對抗細菌的效果比對抗體細胞的效果高出 640 倍。 「但還有更多的事情，」化學家確信。

與柏林夏里特醫院合作，波茨坦實驗室的抗菌聚合物很快就會在動物實驗中進行測試。 「第二輪融資的另一個重點是傷口或植入物上形成的生物膜——那裡的細菌更難對抗，」Matthias Hartlieb 總結道。 第一階段融資的可喜結果為抗生素替代品的進一步發展奠定了良好的基礎。