新研究開發出超精準內毒素分離材料

近日，中國科學院大連化學物理研究所生物技術研究部生物分離與界面分子機制研究組（1824組）卿光焱研究員團隊開發了一種超精準內毒素分離材料。該團隊通過“量體裁衣”的材料設計理念，提出了一種基于噬菌體展示篩選和血液相容性肽基聚合物設計的策略，實現了在血液中對特定內毒素的原位、快速、精準清除。

膿毒癥是ICU高發病率、高死亡率、高治療成本的危重病癥，每年造成全球超1100萬患者死亡。基于內毒素清除的血液凈化策略，在膿毒癥治療中具有重要臨床意義。然而，內毒素的結構復雜性、血液成分的復雜性以及內毒素在血液中的低豐度，導致血液中的特異性內毒素清除極具挑戰。針對當前血液凈化材料特異性不足所導致的內毒素清除效率低、活性藥物在血液凈化過程中大量流失等問題，團隊創新性地提出了超精準內毒素分離材料的研發策略。

在本工作中，團隊以大腸桿菌內毒素為模型，通過噬菌體表面展示迭代親和篩選和內毒素解毒活性篩選，發現了一種對靶標內毒素具有高親和力、高特異性和高解毒活性的內毒素親和肽(HWKAVNWLKPWT)。該多肽不僅可以實現對內毒素與其他血液成分的精確區分，而且能夠實現對特定種類內毒素分子的精準識別與清除。由此設計的肽基聚合物[poly(PEGMEA-co-PEP-1)]可以將膿毒癥家兔血液中的內毒素水平從2.63±0.01降低到0.78±0.05 EU/mL (清除率> 70%)，顯著緩解內毒素引起的多器官損傷和膿毒癥預后。 

該項工作為超精準內毒素分離材料的開發提供了一個通用范例，有望通過打造一個內毒素系列分子全覆蓋的高選擇性吸附材料庫，全面提升血液凈化材料對內毒素的清除選擇性，實現對特定內毒素分子的精準識別與清除。此外，這種自上而下的配體篩選策略也適用于其他內源性和外源性血液毒素的特異性清除，有助于推動“個性化”精準醫療在全球重癥血液凈化領域的探索與應用。 

卿光焱團隊致力于開發生物分離分析新材料、新方法，提出了生物分子響應型聚合物的設計思想，研制了多磷酸化肽智能富集材料（ 2017）、磷酸化肽、唾液酸型糖肽同步富集材料（ 2020）；提出基于動態共價化學的唾液酸糖肽富集新策略，改變了科學家對富集材料穩定性的認識（ 2020）；利用賴氨酸側鏈氨基和18-冠-6間的選擇性絡合，高效分離甲基化肽（ 2020）；展望新一代翻譯后修飾富集材料的典型特征，以及智能聚合物在該領域的應用前景（ 2017;  2020）。 

上述工作以“Specific Clearance of Lipopolysaccharide from Blood Based on Peptide Bottlebrush Polymer for Sepsis Therapy”為題，于近日發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。該工作的第一作者是中國科學院大連化學物理研究所1824組博士后施振強。上述工作得到國家自然科學基金、遼寧省興遼英才計劃、中國科學院大連化學物理研究所創新基金等項目的支持。（文/圖 施振強）