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Bio-basierte Copolymere als selektive Antimikrobika
Ein internationales Forschungsteam hat 15 amphiphile statistische Copolymere aus aminosäurebasierten und bio-basierten Methacrylaten entwickelt. Die lysinhaltigen Varianten zeigen die höchste antimikrobielle Aktivität und Selektivität – ein vielversprechender Ansatz für nachhaltige Alternativen zu klassischen Antibiotika.
Angesichts zunehmender Antibiotikaresistenzen wächst der Bedarf an neuartigen synthetischen antimikrobiellen Wirkstoffen. Ein Forschungsteam um Zao Cheng hat sich an der Struktur natürlicher antimikrobieller Peptide (AMPs) orientiert und 15 amphiphile statistische Copolymere synthetisiert. Als kationische Komponenten dienten Methacrylate auf Basis der Aminosäuren Alanin, Phenylalanin und Lysin, während das bio-basierte Tetrahydrogeranylmethacrylat (THGA) die hydrophobe Komponente bildete. Die Synthese erfolgte über RAFT-Polymerisation (Reversible Addition–Fragmentation chain Transfer), wodurch Copolymere mit variierendem kationisch-hydrophobem Gleichgewicht erzeugt wurden.
Die antimikrobielle Wirkung wurde gegen E. coli und S. aureus getestet, die Zytotoxizität an Mausfibroblasten (L929) untersucht. Lysin-basierte Copolymere mit höherem kationischem Anteil erwiesen sich als am aktivsten und selektivsten. Die Wirkung gegen S. aureus zeigte dabei eine nicht-lineare Abhängigkeit vom hydrophil-hydrophoben Gleichgewicht. Gleichzeitig stieg die Zytotoxizität mit zunehmendem kationischem Anteil – ein klassischer Zielkonflikt bei der Entwicklung antimikrobieller Polymere.
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Membranzerstörender Wirkmechanismus nachgewiesen
Mittels Live/Dead-Färbung, Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Calcein-Leakage-Assays konnte das Team den membranzerstörenden Wirkmechanismus der lysinhaltigen Copolymere bestätigen. In Liposomen, die bakterielle Membranen nachbilden, wurde bereits unterhalb der minimalen Hemmkonzentration (MHK) ein Austritt der Modellsubstanz beobachtet. Dies belegt die hohe Affinität der Polymere zu bakteriellen Membranstrukturen.
Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial bio-basierter amphiphiler Copolymere als selektive antimikrobielle Wirkstoffe. Durch die Kombination aus aminosäurebasierten und terpenoiden Bausteinen eröffnet sich ein Weg zu nachhaltigeren pharmazeutischen Produkten, die auch für funktionelle Beschichtungen mit antimikrobieller Wirkung relevant sein könnten.
Quelle: Cheng, Z. et al. Antimicrobial amphiphilic random copolymers from bio-based methacrylates: effect of chemical composition on activity and selectivity. Polym. Chem. (2026). DOI: 10.1039/d6py00298f.
