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新型生物材料結(jié)合/骨生成雙功能肽與蠶絲纖維蛋白膜結(jié)合，有效誘導(dǎo)體外和體內(nèi)骨生成
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浙江大學(xué)楊明英教授團(tuán)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(jié)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(jié)合，從而輕松實現(xiàn)其成骨作用。 臨床條件下的骨缺損修復(fù)主要局限于骨組織受到損傷時骨細(xì)胞的壞死。然而，骨細(xì)胞缺乏自我再生的能力，間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)通常被選擇作為骨生成細(xì)胞，可以分化成成骨細(xì)胞并再生為骨組織。因此，涉及干細(xì)胞的骨組織工程日益成為滿足功能恢復(fù)需求的一種有前景的方法。眾所周知，細(xì)胞、支架和生長因子(GF)是骨組織工程成功的關(guān)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(xì)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(jié)合。一般來說，再對接實驗得到的 RMSD 值越低，配體結(jié)合模式的對接狀態(tài)就越好�；谳^低的結(jié)合能，HL 肽的模擬對接狀態(tài)優(yōu)于 KL 肽。 結(jié)果表明，與KL相比，HL能與SF表面結(jié)合，顯著增強SF表面的功能化能力。 2、HL 的 SFm 表面改性。 適當(dāng)?shù)挠H水性有利于促進(jìn)細(xì)胞粘附和增強細(xì)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(xì)胞生長。此外，HL比KL具有更強的SF結(jié)合能力使HL比KL更廣泛地覆蓋SFm。當(dāng)CA小于90°時，HL@SFm的親水性和粗糙度結(jié)果與CA隨親水性表面粗糙度的增加而減小。結(jié)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(xì)胞活力和形態(tài)及其誘導(dǎo)體內(nèi)骨組織的形成。 細(xì)胞相容性是生物醫(yī)學(xué)材料的主要特性。研究者以細(xì)胞增殖和活力作為評估標(biāo)準(zhǔn)，組織培養(yǎng)板(TCP)作為對照，比較SFm的生物相容性。結(jié)果表明，HL@SFm有利于細(xì)胞的遷移和分化。 同時研究了HL@SFm誘導(dǎo)體內(nèi)骨組織形成，通過對比KL@SFm和SFm兩種材料,結(jié)果表明，①HL@SFm誘導(dǎo)成骨分化的能力最強，HL肽修飾SF膜為誘導(dǎo)MSCs成骨分化提供了更合適的微環(huán)境。②HL肽誘導(dǎo)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(yīng)，對種植體進(jìn)行免疫組織化學(xué)染色。結(jié)果表明，隨著植入時間的延長，HL@SFm與雙功能HL肽的結(jié)合促進(jìn)了異位骨部位骨基質(zhì)蛋白的表達(dá)。由于種子細(xì)胞(MSCs)、SF支架(SFm)和成骨信號(HL中的KL基序)的結(jié)合，HL@SFm在體內(nèi)具有良好的成骨作用。 結(jié)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(jié)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(dǎo)MSCs在沒有額外誘導(dǎo)劑的情況下成骨分化，還可以在體內(nèi)誘導(dǎo)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(jié)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(chǔ)。 原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c17554 |
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