茶科技前沿 | 茶多酚自組裝新材料協(xié)同健康效應(yīng)取得新進(jìn)展

近日，材料化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Advanced Materials》（IF=29.4）在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所茶葉質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)最新研究成果，文章題目為“Engineering Antimicrobial Metal–Phenolic Network Nanoparticles with High Biocompatibility for Wound Healing”。該團(tuán)隊(duì)首次研發(fā)了茶多酚原位自組裝技術(shù)，構(gòu)建了茶多酚金屬納米生物材料，有效清除耐藥菌生物膜引起的傷口感染，并系統(tǒng)評(píng)估了其安全風(fēng)險(xiǎn)。

細(xì)菌耐藥性已經(jīng)成為全球公共衛(wèi)生安全問題，而傳統(tǒng)抗生素在針對(duì)耐藥菌的治療存在一定的局限性。近年來，納米技術(shù)在抗菌領(lǐng)域的應(yīng)用已成為研究熱點(diǎn)之一，將高分子、碳、金屬等制備成納米材料具有良好抗菌特性，但材料制備過程中仍存在步驟復(fù)雜、條件苛刻，環(huán)境不友好等問題。因此，亟需開發(fā)一種合成步驟簡(jiǎn)單、成本低、綠色高效的抗菌劑突破耐藥菌困境。茶多酚是茶葉滋味的關(guān)鍵物質(zhì)，也是茶葉中含量最高的活性成分，具有天然的抗菌性能。但茶多酚含有多個(gè)酚羥基，容易被氧化、絡(luò)合等而發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)改變，致使其生物體內(nèi)利用度低。

為解決此難題，中茶所茶葉質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估團(tuán)隊(duì)利用茶多酚的結(jié)構(gòu)特性開發(fā)了一種普適性的茶多酚原位一步自組裝方法（圖1），實(shí)現(xiàn)了在水相常溫常壓條件下茶多酚穩(wěn)態(tài)納米生物材料的快速綠色合成，包括不同茶多酚（EGCG,EC,ECG,EGC,TP等），與FDA批準(zhǔn)的戒酒硫代謝物DEDTC和不同金屬（Au, Ag，Ce, Mg等）自組裝成納米顆粒），并發(fā)現(xiàn)茶多酚自組裝新材料具有顯著的協(xié)同抗菌效應(yīng)。

圖1. 茶多酚自組裝金屬抗菌生物材料的構(gòu)建及其抗感染機(jī)制示意圖。

以EGCG自組裝納米銅顆粒（am-MPN NPs）為例,對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)、鍵合方式和穩(wěn)定性等進(jìn)行了系列表征，并發(fā)現(xiàn)其抗菌能力比現(xiàn)有報(bào)道的其他銅基抗菌材料提高了10-1000倍（圖2,3）。

圖2. am-MPN NPs的形貌和表征

圖3. am-MPN NPs對(duì)浮游細(xì)菌的抑菌活性評(píng)價(jià)

不僅是針對(duì)浮游細(xì)菌，研究進(jìn)一步通過構(gòu)建細(xì)菌生物膜模型，證明了am-MPN NPs可極顯著的破壞耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）形成的生物膜，而EGCG對(duì)MRSA生物膜沒有明顯效果（圖4）。此外，通過細(xì)胞、血液、斑馬魚和小鼠等安全性測(cè)試，系統(tǒng)證明了am-MPN NPs活性濃度下的體內(nèi)外生物安全性，并且使用兩種線蟲模型驗(yàn)證了其在線蟲整個(gè)生命周期的長(zhǎng)期安全性（圖4）。

圖4. am-MPN NPs對(duì)細(xì)菌生物膜的作用和安全性評(píng)價(jià)

通過構(gòu)建小鼠MRSA皮膚傷口感染模型，發(fā)現(xiàn)am-MPN NPs可以通過抑制傷口處細(xì)菌生長(zhǎng)、調(diào)節(jié)免疫因子、刺激新生血管形成等促進(jìn)傷口的愈合（圖5）。

圖5. am-MPN NPs促進(jìn)MRSA感染傷口愈合

優(yōu)良的生物安全性和顯著的抗菌活性表明其在治療傷口感染應(yīng)用方面的巨大潛力。機(jī)制解析發(fā)現(xiàn)am-MPN NPs可以破壞細(xì)菌壁膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)菌內(nèi)容物泄露；引起細(xì)菌內(nèi)活性氧爆發(fā)，核酸結(jié)構(gòu)破壞；以及形成醌蛋白（圖6）；其中多酚基材料為特征的醌蛋白介導(dǎo)抗菌機(jī)制是首次報(bào)道。

圖6. am-MPN NPs的抗菌機(jī)制解析

綜上，本研究利用茶多酚自組裝技術(shù)簡(jiǎn)便、快速、綠色高效地制備了am-MPN NPs，進(jìn)一步證明了am-MPN NPs的體內(nèi)外優(yōu)良生物安全性、協(xié)同抗菌活性以及促進(jìn)耐藥菌傷口愈合，并提出了多酚基材料在細(xì)菌內(nèi)產(chǎn)生醌蛋白的抗菌新機(jī)制。該研究進(jìn)一步推動(dòng)了茶葉多酚資源的利用，為茶多酚自組裝新材料設(shè)計(jì)以及協(xié)同健康研究提供了新思路。

該研究第一作者為中茶所聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生俞蓉欣和陳紅平研究員，通訊作者為張相春博士以及墨爾本大學(xué)林志興研究員和Frank教授，該工作得到了浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)農(nóng)科院創(chuàng)新工程青年專項(xiàng)等項(xiàng)目支持。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307680

供稿：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所 茶葉質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)