茶科技前沿 | 茶多酚自組裝新材料協(xié)同健康效應取得新進展

近日，材料化學領域頂級期刊《Advanced Materials》（IF=29.4）在線發(fā)表了中國農業(yè)科學院茶葉研究所茶葉質量與風險評估創(chuàng)新團隊最新研究成果，文章題目為“Engineering Antimicrobial Metal–Phenolic Network Nanoparticles with High Biocompatibility for Wound Healing”。該團隊首次研發(fā)了茶多酚原位自組裝技術，構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)評估了其安全風險。

細菌耐藥性已經成為全球公共衛(wèi)生安全問題，而傳統(tǒng)抗生素在針對耐藥菌的治療存在一定的局限性。近年來，納米技術在抗菌領域的應用已成為研究熱點之一，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鍵物質，也是茶葉中含量最高的活性成分，具有天然的抗菌性能。但茶多酚含有多個酚羥基，容易被氧化、絡合等而發(fā)生化學結構改變，致使其生物體內利用度低。

為解決此難題，中茶所茶葉質量與風險評估團隊利用茶多酚的結構特性開發(fā)了一種普適性的茶多酚原位一步自組裝方法（圖1），實現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)現茶多酚自組裝新材料具有顯著的協(xié)同抗菌效應。

圖1. 茶多酚自組裝金屬抗菌生物材料的構建及其抗感染機制示意圖。

以EGCG自組裝納米銅顆粒（am-MPN NPs）為例,對其形貌、結構、鍵合方式和穩(wěn)定性等進行了系列表征，并發(fā)現其抗菌能力比現有報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對浮游細菌的抑菌活性評價

不僅是針對浮游細菌，研究進一步通過構建細菌生物膜模型，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MRSA生物膜沒有明顯效果（圖4）。此外，通過細胞、血液、斑馬魚和小鼠等安全性測試，系統(tǒng)證明了am-MPN NPs活性濃度下的體內外生物安全性，并且使用兩種線蟲模型驗證了其在線蟲整個生命周期的長期安全性（圖4）。

圖4. am-MPN NPs對細菌生物膜的作用和安全性評價

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

圖5. am-MPN NPs促進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用方面的巨大潛力。機制解析發(fā)現am-MPN NPs可以破壞細菌壁膜結構，導致細菌內容物泄露；引起細菌內活性氧爆發(fā)，核酸結構破壞；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抗菌機制是首次報道。

圖6. am-MPN NPs的抗菌機制解析

綜上，本研究利用茶多酚自組裝技術簡便、快速、綠色高效地制備了am-MPN NPs，進一步證明了am-MPN NPs的體內外優(yōu)良生物安全性、協(xié)同抗菌活性以及促進耐藥菌傷口愈合，并提出了多酚基材料在細菌內產生醌蛋白的抗菌新機制。該研究進一步推動了茶葉多酚資源的利用，為茶多酚自組裝新材料設計以及協(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林志興研究員和Frank教授，該工作得到了浙江省重點研發(fā)計劃，國家自然科學基金和中國農科院創(chuàng)新工程青年專項等項目支持。

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

供稿：中國農業(yè)科學院茶葉研究所 茶葉質量與風險評估創(chuàng)新團隊