受傳統煎藥過程啟發,海大教授開發對付超級細菌的生物活性碳

作者 | 發布日期 2019 年 09 月 10 日 16:28 | 分類 尖端科技 , 材料 , 生物科技 follow us in feedly


如果關節或肌肉扭傷,你可能會去找中醫或國術館「喬骨」,然後貼上一種有奇特味道的黑色膏藥,台灣海洋大學黃志清教授團隊從中受到啟發,研發出「天然草本活性碳」,在抗氧化、抗發炎、抗凝血等方面大力發揮功效,且對超級細菌「多重抗藥金黃色葡萄球菌」的抑制率高達 99% 以上。

「天然草本活性碳」技術源自傳統中草藥煎煮過程,透過控制加熱的溫度、時間與方法,可以保留材料的生物活性碳,當草本天然物活性分子在轉換成活性碳的過度狀態中,聚合的天然物分子會自組裝在活性碳表面,這些高密度聚合天然物可大幅提升抗菌和抗病毒生物活性。

團隊以生物多胺分子「亞精胺(存於大豆、玉米等天然食物中)」來合成多胺生物碳,接著於體外進行試驗,證實其具有廣泛抗菌能力,對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、腸炎沙門氏菌等都有良好的抑菌活性。

海洋大學生命科學暨生物科技學系黃志清教授表示,抗菌機制主要是高正電性多胺生物碳會造成細菌細胞膜破裂,影響細菌代謝功能。

若和未形成生物碳的多胺前驅物比較,則多胺生物碳的最小抑制菌濃度低了近 2,500 倍(不需高濃度就能殺菌),且和已知具有抗菌能力的銀奈米粒子相比,濃度也低了近 5 倍。

在兔子感染金黃色葡萄球菌的細菌性角膜炎實驗中,團隊發現相較於市面常見的磺胺類眼藥水,多胺生物碳滴劑只需其十分之一濃度就可達更佳療效,這是因為多胺生物碳可打開角膜上皮細胞的緊密連結(tight junction,TJ,註),使得進入細菌感染部位的多胺生物碳為一般小分子藥物的 3 倍以上。

此外,多胺生物碳滴劑也能消滅多重抗藥性細菌如:耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA),抑制率高達 99%。根據團隊實驗,多胺生物碳在 3 天內就幾乎完全消滅傷口感染處的細菌,且相較於銀奈米粒子抗菌劑容易引起高度發炎反應,多胺生物碳幾乎不引起發炎現象,也因此能讓傷口癒合速度提升 2 倍。

此外,由於銀奈米粒子有釋出金屬離子的疑慮,對生物毒性未知,不太能直接應用於傷口敷料產品,但以天然草本活性生物碳製成的敷料沒有這種風險。

除了多胺生物碳,團隊也和和長庚大學合作,開發出「薑黃生物碳」用於治療腸病毒 71 型,發現不同的生物天然草本活性碳可應用於不同的病毒抑制。

未來,團隊希望這種材料可商用化成噴霧、洗手乳、藥劑、口服藥粉等,成為另一種抗菌利器。

註:緊密連結又稱閉鎖小帶(Zonula occludens),是指兩個細胞緊密相連,液體無法穿透(防止組織液滲透),也能阻止細菌、大分子物質從細胞間隙進入結締組織。

(圖片來源:科技新報)