《Journal of Chromatography A》：Natural polysaccharide-based molecularly imprinted polymers as sorbents for selective removal of amino acids as a potential approach for management of aminoacidopathies: Template and monomer selection study
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•L-苯丙氨酸和 L-苯乳酸被用作壳聚糖和壳聚糖/海藻酸钠基质内的模板。•扫描电子显微镜 (SEM) 和批量重新结合证实了 Phe-CHT/ALG-MIP 的成功印迹。•海藻酸钠 (ALG) 的加入显著增强了结合性能，与仅含壳聚糖的 MIPs 相比，容量增加了一倍。•Phe-
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L-苯丙氨酸和 L-苯乳酸被用作壳聚糖和壳聚糖/海藻酸钠基质内的模板。
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扫描电子显微镜 (SEM) 和批量重新结合证实了 Phe-CHT/ALG-MIP 的成功印迹。
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海藻酸钠 (ALG) 的加入显著增强了结合性能，与仅含壳聚糖的 MIPs 相比，容量增加了一倍。
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Phe-CHT/ALG-MIP 对苯丙氨酸表现出卓越的选择性，印迹因子 (IF) 为 2.5。
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LPL-CHT/ALG-MIP 对多种氨基酸表现出更广泛的亲和力，使 LPL 作为假模板具有潜在的多分析物应用。
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所有合成的 MIPs 均表现出高生物相容性，未观察到细胞毒性。
引言
氨基酸病是一组由特定基因突变导致的先天遗传性代谢疾病，导致蛋白质或酶产生受损，进而影响氨基酸代谢 [1]。迄今为止，有 13 种疾病与氨基酸相关，包括苯丙酮尿症 (PKU)、枫糖尿病、哈特纳普综合征 [2]、同型半胱氨酸尿症/亚甲基四氢叶酸还原酶缺乏症、酪氨酸血症 II 型、瓜氨酸血症 I 型和 II 型、精氨酸琥珀酸尿症、氨基甲酰磷酸合成酶 I 缺乏症、精氨酸血症 (精氨酸酶缺乏症)、高鸟氨酸血症 - 高氨血症 - 同型瓜氨酸尿症综合征、N-乙酰谷氨酸合成酶缺乏症、鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症以及丙酮酸脱氢酶复合体缺乏症。这些疾病虽然罕见，但如果在早期阶段诊断出来，大多数是可以治疗的，大部分管理方法取决于饮食限制和氨基酸补充，以避免有毒积累或缺乏 [3]。
特别是，PKU 是一种常染色体隐性遗传的代谢错误，由肝脏酶苯丙氨酸羟化酶缺乏引起，该酶负责将苯丙氨酸 (Phe) 羟基化为酪氨酸 (Tyr)。代谢问题导致 Phe 在血液和组织中积累，进而触发产生有毒副产物的替代代谢途径 [4]。未治疗的 PKU 最显著的临床表现是智力障碍 [5]。在生命最初几周早期诊断后，应立即开始使用低苯丙氨酸饮食配合氨基酸配方治疗 [6]。这种饮食治疗在预防早期治疗 PKU 患者的智力障碍方面取得了成功。然而，挑战依然严峻，包括由于口感有限和营养缺乏（特别是维生素 D 和维生素 B12）导致的饮食依从性差 [2]。
同样，组氨酸血症是一种由组氨酸酶缺陷引起的遗传性代谢疾病，该酶负责分解组氨酸 (His) 和生产尿刊酸 [7]。这种缺陷导致血液和尿液中 His 增加约 4 到 10 倍，同时血液和皮肤中的尿刊酸减少。此外，血液和尿液中的组胺水平升高 [8]。限制组氨酸饮食可以使组氨酸血症患者的血液组氨酸水平正常化，并消除尿液中的咪唑代谢物。
从化学角度来看，氨基酸的结构和活性获得了极大的关注，这对它们的代谢处理以及与治疗用途中涉及的合成材料的相互作用产生了重大影响。必需氨基酸如 Phe、苏氨酸 (Thr)、甲硫氨酸 (Met) 和 His (图 1) 显示出不同的官能团和理化特征，这影响了它们被分子工程材料的识别。特别是，PKU 管理中的靶分子 Phe，是一种含有苄基侧链 (–CH2–C6H5) 的疏水芳香族氨基酸，增强了π–π堆积和疏水相互作用。相反，Met 和 Thr 分别以硫醚和极性羟基为特征，这提高了它们的溶解度并减少了对疏水材料的非特异性结合。相比之下，His 以咪唑侧链 (pKa?=?6.0) 为特征，在接近生理 pH 值时以质子化和中性形式存在，从而实现可逆的静电和π–π相互作用 [[9], [10], [11]]。
分子印迹聚合物 (MIPs) 构成了一个成熟的概念，其中模板导向合成创建了对靶分子具有高亲和力和选择性的特定腔体。该技术引起了广泛关注，用于生产模仿自然系统并表现出与抗体和酶相当功能的人工和稳健识别材料 [9,14,15]。与模板分子在大小和结构上兼容的腔体和孔隙，是通过利用模板、单体以及（如果需要）交联剂和引发剂的聚合过程合成的 [10,16,17]。为了增强聚合物对 Phe 的选择性并在合成过程中最小化模板泄漏，采用了假模板 L-苯乳酸 (LPL) (图 1)。LPL 模拟了 Phe 的芳香和疏水特性，同时表现出降低的代谢活性。因此，其使用将提高 MIP 系统的稳定性、特异性和安全性 [12,13]。
如今，MIPs 被广泛使用并正在为生物应用进一步开发 [11]。MIPs 已成功应用于药物递送，以安全地将所需分子递送到其靶标 [12]。以前研究过一种反向技术以去除生物系统中不需要的分子；例如，胆汁酸结合树脂减少肠道中的胆固醇吸收。然而，此类非选择性树脂可能会干扰其他必需氨基酸的摄取，这对于正常的生长和发育至关重要，这使得它们不适合用于减少肠道中的 Phe 吸收。因此，MIPs 被认为是实现高选择性以降低 Phe 吸收而不影响其他氨基酸的有前景的候选者 [5]。在这方面，最近的一项研究讨论了口服 Phe-MIP 对小鼠模型 PKU 的影响 [6]。经过三周使用选择性 Phe MIPs 治疗，2% 和 5% 的浓度显示出对小鼠血液 Phe 水平的显著抑制，分别实现了 46% 和 48% 的减少，而其他氨基酸的浓度保持不变。与这些发现一致，以前的一项研究报告称，使用甲基丙烯酸作为功能单体和苯丙氨酸作为模板分子，苯丙氨酸血症减少了 50% [18]。尽管在小鼠模型中肠道吸收 Phe 的减少很有希望，但由于丙烯酸盐的毒性作用，这些试验永远无法扩展到人类 [5]。
天然多糖构成了一个多样且非凡的功能单体类别，已被用于合成毒性较低、生物相容性且可生物降解的 MIPs [19]。这些多糖包括壳聚糖 (CHT)、海藻酸钠 (ALG)、琼脂糖和糊精 [19,20]。特别是，CHT 和 ALG (图 1) 具有氨基和羧基官能团，使其能够与氨基酸相互作用并促进其共价交联 [21,22]。此外，据报道，共价交联后 CHT 的肠道消化大大降低 [23]，在交联的 CHT/ALG 共混物中增加了完整性和强度 [24]，表明它们具有口服使用的潜力。
因此，本研究旨在调查源自天然多糖 [19]、CHT 和 ALG 的印迹聚合物作为选择性吸附剂的潜在适用性，以减少与常见氨基酸病相关的氨基酸（特别是 PKU 和组氨酸血症）的肠道吸收。本研究调查了使用 Phe 和 LPL（一种假模板）作为模板的影响。制备的 MIPs 被评估了其印迹效率、结合容量以及对结构相关必需氨基酸的特异性吸附。这些发现为使用 MIPs 作为吸附剂选择性地减少某些氨基酸的肠道吸收铺平了道路。
章节摘要
材料
CHT（中等分子量，>85% 脱乙酰度），海藻酸钠盐，戊二醛 (GLA) (50%，分析级)，醋酸，甲醇，Phe，LPL，氯化钙，巯基乙醇，乙醇，四氢呋喃，磷酸二氢钠，醋酸钠和氨基酸标准品 (AAS 18)，包含 2.5 μmol/mL 的 L-天冬氨酸 (Asp)、L-谷氨酸 (Glu)、L-丝氨酸 (Ser)、L-组氨酸 (His)、L-苏氨酸 (Thr)、L-丙氨酸 (Ala)、L-酪氨酸 (Tyr)、L-缬氨酸 (Val)、Met、L-色氨酸 (Try)，
聚合物表征
首先，对制备的 MIPs 进行了形态特征的比较研究 by SEM（通过 SEM）。Phe-CHT-MIPs 的显微照片 (图 3A 和 b) 显示了表面不规则性和粗糙度的清晰视图，表明印迹成功 [34]。相反，面板 C 和 D (LPL-CHT-MIPs) 显示了较大的颗粒，表面相对光滑，显示出更紧密的基质和更少的表面腔体。这种对比增强了 Phe 模板构建的潜在能力
结论
本研究展示了成功制备基于壳聚糖和壳聚糖/海藻酸钠的生物相容性分子印迹聚合物，用于选择性识别 L-苯丙氨酸。海藻酸钠的加入显著增强了聚合物性能，导致比相应的壳聚糖基聚合物更高的结合容量和印迹效率，同时保持了优异的生物相容性。吸附研究表明，结合过程遵循准二级
CRediT 作者贡献声明
Aya A. Abdella: 写作 – 审查和编辑，写作 – 初稿，项目管理，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念化。Rehan M. El-Shabasy: 概念化。Doris Finkelmeier: 概念化。Anke Burger-Kentischer: 概念化。Ahmed Zayed: 概念化。Roland Ulber: 概念化。
竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这可能会影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到欧莱雅 - 联合国教科文组织“科学中的女性”埃及计划的支持。
同时也感谢 RPTU Kaiserslautern-Landau 纳米结构中心 (NSC) 的 SEM 单元进行 SEM 测量。
Aya A. Abdella|Rehan M. El-Shabasy|Doris Finkelmeier|Anke Burger-Kentischer|Ahmed Zayed|Roland Ulber
