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类淀粉样蛋白组装促进骨修复 发布者:张伟发布时间:2017-12-04 17: 38: 43浏览:

由生物大分子如肽和蛋白质以β-折叠结构为核心形成的淀粉样蛋白是自然界中发现的重要的生物聚合物组装结构。大量研究表明,它与多种神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症和帕金森症有重要关系。除了研究其致病机制和相应的诊断和治疗方法外,最近的研究发现,大量的淀粉样蛋白组件不仅具有非生物毒性,而且还可以用作一类新的功能性生物材料,包括生物医学和先进材料。 。制造了许多高科技领域。事实上,即使在自然界中,许多淀粉样蛋白结构和相应的材料也用于实现一系列无关疾病的有益生物学功能,例如结构材料,信息传递,催化载体和蛋白质储存。这种淀粉样蛋白材料具有优异的生物相容性,高机械性能,丰富的界面官能团和组装形态,有望参与组织工程,药物输送,生物传感器,模板取向纳米材料合成,膜材料,(有机/无机杂化)复合材料。材料,光伏材料,仿生粘连等领域都有重要影响。

最近,十大网赌网址杨鹏集团和天津医科大学口腔医十大网赌网站张旭集团成功地使用了相转移溶菌酶纳米膜(PTL)作为粘附基质和矿化模板。建立了一种通用的生物矿化方法,并以“自下而上”的方式通过体外仿生矿化制备了具有优异机械性能和良好生物活性的羟基磷灰石材料(HAp @ PTL)。在不同表面尺寸下对各种类型支架材料的稳定粘附。体外细胞实验和体内动物实验已相继证明PTL制备的HAp @ PTL作为活性矿化模板具有优异的细胞相容性和骨传导性能,可成功应用于大鼠骨模型修复。中(图1)。这项工作发表在Adv。本功能。 Mater。,材料科学的权威期刊。

图1.基于淀粉样溶菌酶组装膜(PTL纳米膜)(左)的HAp涂层制备的示意图及其在各种材料界面界面处的形成和粘附。

HAp @ PTL可以稳定地粘附于各种材料表面界面的原因是由于PTL纳米膜内的丰富的淀粉样蛋白样蛋白质积累结构。这种蛋白质积累结构模拟了自然界中淀粉样蛋白和微生物包膜与组织或固体表面界面的粘附,预期这将取代聚多巴胺系统作为一种新型的无色透明仿生界面粘附材料。利用丰富的PTL膜表面的官能团(羟基,羧基,氨基等)来模拟参与天然生物矿化的蛋白质层的活性位点,钙离子可以通过模拟体进一步螯合和浸泡在体外流体(SBF)。实现生物活性HAp晶体取向矿化的方法(图2)。此外,基于先前研究工作中发现的PTL纳米薄膜的敏感紫外和电子束响应性,可以通过光学曝光获得微纳米图案的PTL纳米薄膜,并且可以通过仿生矿化制备图案化的HAp。处理。涂层材料。

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图2.三维复杂结构内表面和外表面上HAp @ PTL材料的矿化(a)制备示意图; (b)在3D复杂结构的内表面和外表面上制备HAp涂层

通过上述方法制备的HAp @ PTL涂层材料不仅具有通用粘合性,而且具有优异的机械性能。实验结果表明,制备的HAp @ PTL涂层材料经50Hz,200瓦超声波清洗机超声处理1小时后,98%的HAp @ PTL粘附在钛合金表面。用标准商品3M胶带将HAp @ PTL涂料剥离几次,撕裂力大于1.23N/cm。发现HAp涂层的表面形态在重复撕裂之前和之后没有显着变化,并且92%的涂层保留。对钛合金表面的稳定附着力。使用摩擦测试仪在36.5℃的温度和70r/min的速度下(F=10N)将接近实际骨接触压力(0.25-0.8Mpa)的外力载荷施加到HAp @ PTL涂层材料上。 - 25 N)。通过实验计算,发现在干摩擦或SBF润滑下,HAp @ PTL涂层材料的累积磨损和磨损率比对照样品(白色钛合金表面直接旋涂的HAp晶体)的累积磨损和磨损率低约10倍。 (图3)。

在此基础上,通过体外CCK-8和ALP细胞活性测定评估HAp @ PTL材料的细胞活力。结果发现,与没有HAp的空白钛和PTL纳米膜相比,HAp @ PTL材料显着促进了骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化。此外,通过设计动物模型,通过体内培养将HAp @ PTL材料植入大鼠皮肤中,并在4-8周后观察组织切片。与不与HAp结合的空白钛和PTL纳米膜相比,HAp @ PTL材料具有优异的骨诱导性和生物安全性。它可以用作组织修复材料,以诱导新的组织形成和骨矿化(图4)。

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图3. HAp @ PTL材料的机械性能(a)摩擦试验示意图; (b-d)与空白对照组相比,HAp @ PTL涂层材料的磨损率和磨损的比较。

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图4.HAp @ PTL材料的细胞形态(a)和动物组织切片的染色(b,c)(体内培养8周后)。

十大网赌网址化学化工十大网赌网站杨鹏集团成立于2012年底,主要致力于蛋白质淀粉样蛋白装配的多功能仿生界面材料的基础和应用研究。经过几年的努力,已经获得了一些系统的研究成果,这些成果已经在Macromol中得到。 BIOSCI。 (2012,12,1053),Chem。 Rev.(2013,113,5457),Adv。母校。 (2016,28,579,VIP论文),Adv。母校。 (2016,28,7414,Frontispiece),Angew。化学。诠释。埃德。 (2017,56,9331,热门论文),Angew。化学。诠释。 Ed(2017,56,13440),Adv。本功能。母校。 (DOI: 10.1002/adfm.201704476)和其他权威期刊发表了50多篇论文和研究论文。

本文的第一作者是哈源和杨杰。合着者是张旭和杨鹏。该项目由国家自然科学基金(No.51673112,21374057,51303100,81571016)等项目资助。 Advanced Functional Materials是德国Wiley出版的材料科学和化学领域的领先期刊之一,2016年的影响因子为12.123。

相转移溶菌酶作为生物活性羟基磷灰石结晶膜的通用途径

袁哈,[1,a]杨杰,[2,a]费涛,[1]钱武,[1]宋云佳,[2]王浩荣,[2]徐章,[2],*彭阳[1],*

进阶本功能。脑膜。

DOI: 10.1002/adfm.201704476发布日期(网页): 2017年11月27日

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