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新型生物材料結合/骨生成雙功能肽與蠶絲纖維蛋白膜結合，有效誘導體外和體內(nèi)骨生成
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浙江大學楊明英教授團隊在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，發(fā)表了研究文章“Novel Biomaterial-Binding/Osteogenic Bi-Functional Peptide Binds to Silk Fibroin Membranes to Effectively Induce Osteogenesis In Vitro and In Vivo”本研究開發(fā)出一種新肽的通用策略，這些肽可以“粘附”在生物材料上并使其功能化。具體來說，兩種肽基序，一種是通過噬菌體展示生物篩選的，用于與生物材料(即SF)結合，另一種來自成骨生長因子(即BMP-2)，被融合成一種新的嵌合肽，可以與SFm結合，從而輕松實現(xiàn)其成骨作用。 臨床條件下的骨缺損修復主要局限于骨組織受到損傷時骨細胞的壞死。然而，骨細胞缺乏自我再生的能力，間充質(zhì)干細胞(MSCs)通常被選擇作為骨生成細胞，可以分化成成骨細胞并再生為骨組織。因此，涉及干細胞的骨組織工程日益成為滿足功能恢復需求的一種有前景的方法。眾所周知，細胞、支架和生長因子(GF)是骨組織工程成功的關鍵因素。在這些因素中，許多支架材料已經(jīng)被開發(fā)出來，但仍然需要一種理想的支架材料，可以支持細胞活性來實現(xiàn)骨再生。 研究內(nèi)容 1、多肽與蛋白質(zhì)對接的計算模擬及雙功能肽的功能驗證和自組裝性質(zhì)。 在 SF 生物材料的研究中，SF 的研究一直集中于 SF 的重鏈或輕鏈/重鏈混合物。對接模型所示，與 KL 相比，HL肽更傾向于與 fibNT 的穩(wěn)定β -折疊區(qū)域結合。一般來說，再對接實驗得到的 RMSD 值越低，配體結合模式的對接狀態(tài)就越好�；谳^低的結合能，HL 肽的模擬對接狀態(tài)優(yōu)于 KL 肽。 結果表明，與KL相比，HL能與SF表面結合，顯著增強SF表面的功能化能力。 2、HL 的 SFm 表面改性。 適當?shù)挠H水性有利于促進細胞粘附和增強細胞與物質(zhì)的相互作用HL@SFm的親水性(CA = 58.7±5.4°)優(yōu)于KL@SFm (CA = 75.7±3.3°)和SFm (CA = 76.0±6.7°)，有利于細胞生長。此外，HL比KL具有更強的SF結合能力使HL比KL更廣泛地覆蓋SFm。當CA小于90°時，HL@SFm的親水性和粗糙度結果與CA隨親水性表面粗糙度的增加而減小。結果表明：HL@ SFm具有最粗糙和最親水的表面。 3、在 HL@SFm 上培養(yǎng)的細胞活力和形態(tài)及其誘導體內(nèi)骨組織的形成。 細胞相容性是生物醫(yī)學材料的主要特性。研究者以細胞增殖和活力作為評估標準，組織培養(yǎng)板(TCP)作為對照，比較SFm的生物相容性。結果表明，HL@SFm有利于細胞的遷移和分化。 同時研究了HL@SFm誘導體內(nèi)骨組織形成，通過對比KL@SFm和SFm兩種材料,結果表明，①HL@SFm誘導成骨分化的能力最強，HL肽修飾SF膜為誘導MSCs成骨分化提供了更合適的微環(huán)境。②HL肽誘導了植骨HL@SFm異位骨化，因此它是一種很有前景的骨組織工程生物材料。 4、植入SF膜的體內(nèi)生物相容性及免疫組化分析 為了評估HL@SFm的組織相容性和HL@SFm在植入環(huán)境中的炎癥反應，對種植體進行免疫組織化學染色。結果表明，隨著植入時間的延長，HL@SFm與雙功能HL肽的結合促進了異位骨部位骨基質(zhì)蛋白的表達。由于種子細胞(MSCs)、SF支架(SFm)和成骨信號(HL中的KL基序)的結合，HL@SFm在體內(nèi)具有良好的成骨作用。 結論 在這項研究中，開發(fā)出一種新肽的通用策略，由一個SF結合基序(HT)和一個成骨BMP-2衍生的肽基序(KL)組成，用于修飾SF膜，不僅可以誘導MSCs在沒有額外誘導劑的情況下成骨分化，還可以在體內(nèi)誘導骨基質(zhì)的形成。這項工作證明了特異性雙功能肽可以很好地結合在SF基質(zhì)上，形成一種可用于骨組織再生的生物材料。值得注意的是，該研究為生物膜衍生肽安全有效地修飾生物材料提供了實驗基礎。 原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c17554 |
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