综述：聚赖氨酸及其复合材料作为生物医学应用的强效生物材料综述

《Journal of Molecular Liquids》：Polylysine and its composites as a potent biomaterial for biomedical applications: a review

这篇综述系统探讨了聚赖氨酸（PLL）及其复合材料在生物医学领域的多功能性，涵盖其合成方法、抗菌机制（如ε-PL的“桶状孔”理论）、组织工程应用（如支架材料与ECM相互作用）以及靶向递送系统（如基因载体PECs）。作者强调通过分子修饰降低PLL的细胞毒性（如ATP耗竭问题），并展望其在临床转化（如仿生黏合剂DOPA-lysine协同）中的潜力，为生物材料设计提供新思路。

　　

结构多样的生物活性聚合物

作为赖氨酸残基的均聚物，聚赖氨酸（PLL）的生物学特性由其连接方式（α-或ε-酰胺键）和立体构型决定。在生理环境中，PLL侧链的NH₃⁺使其带正电，这种特性使其能通过静电作用与带负电的细胞膜成分（如磷脂双分子层）强力结合，但也可能导致溶血反应——这正是研究者通过接枝改性（如引入PEG）试图解决的问题。

抗菌战的三种武器

ε-聚赖氨酸（ε-PL）的抗菌机制堪称“分子矛与盾”的典范：

1. 1.

   “地毯式轰炸”模型：带正电的PLL覆盖微生物膜表面，破坏其完整性

2. 2.

   “桶状孔”模型：疏水核心直接插入膜内形成孔道

3. 3.

   “环形塌陷”模型：诱导膜结构扭曲形成胶束样变形

   这种多模式攻击使其对耐药菌（如MRSA）仍保持高效，其抗菌谱覆盖革兰氏阴/阳性菌（见表1）。

组织再生的智能脚手架

在骨修复实验中，PLL-羟基磷灰石复合材料展现出惊人的双重功能：

• •

  机械强度：压缩模量达2.3 GPa，接近天然骨组织

• •

  生物活性：通过RGD肽修饰促进成骨细胞黏附，ALP活性提升300%

  更妙的是，温度响应型PLL-聚NIPAM共聚物能在37°C自发形成多孔支架，完美模拟细胞外基质（ECM）的拓扑结构。

基因快递员的进化史

PLL基递送系统的升级之路犹如“特洛伊木马”的现代版：

1. 1.

   初代：单纯PLL/DNA复合物易被溶酶体降解

2. 2.

   进阶版：组氨酸修饰实现pH响应性逃逸

3. 3.

   终极版：叶酸靶向修饰的PLL-PLA纳米粒，肿瘤富集效率提升8倍

   最新研究甚至将CRISPR-Cas9装载进PLL-壳聚糖量子点体系，实现基因编辑与荧光示踪双功能。

来自海洋的灵感

受贻贝足丝启发，DOPA修饰的PLL黏合剂展现出惊人的湿态粘接强度（>50 kPa），其秘密在于：

• •

  儿茶酚基团与组织表面形成可逆配位键

• •

  赖氨酸氨基参与席夫碱反应

  这种“化学锚定+物理纠缠”的双重机制，使其在心脏封堵手术中表现优于传统纤维蛋白胶。

临床转化的十字路口

尽管PLL材料已完成从实验室到动物实验的飞跃，但大规模应用仍面临挑战：

• •

  安全性：分子量>50 kDa的PLL仍存在补体激活风险

• •

  工艺：发酵法制备ε-PLL的批次差异需严格控制

  不过，随着3D打印技术引入，个性化PLL支架的精准构建可能在未来5年内进入临床试验阶段。