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新型生物材料结合/骨生成双功能肽与蚕丝纤维蛋白膜结合，有效诱导体外和体内骨生成
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浙江大学杨明英教授团队在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，发表了研究文章“Novel Biomaterial-Binding/Osteogenic Bi-Functional Peptide Binds to Silk Fibroin Membranes to Effectively Induce Osteogenesis In Vitro and In Vivo”本研究开发出一种新肽的通用策略，这些肽可以“粘附”在生物材料上并使其功能化。具体来说，两种肽基序，一种是通过噬菌体展示生物筛选的，用于与生物材料(即SF)结合，另一种来自成骨生长因子(即BMP-2)，被融合成一种新的嵌合肽，可以与SFm结合，从而轻松实现其成骨作用。 临床条件下的骨缺损修复主要局限于骨组织受到损伤时骨细胞的坏死。然而，骨细胞缺乏自我再生的能力，间充质干细胞(MSCs)通常被选择作为骨生成细胞，可以分化成成骨细胞并再生为骨组织。因此，涉及干细胞的骨组织工程日益成为满足功能恢复需求的一种有前景的方法。众所周知，细胞、支架和生长因子(GF)是骨组织工程成功的关键因素。在这些因素中，许多支架材料已经被开发出来，但仍然需要一种理想的支架材料，可以支持细胞活性来实现骨再生。 研究内容 1、多肽与蛋白质对接的计算模拟及双功能肽的功能验证和自组装性质。 在 SF 生物材料的研究中，SF 的研究一直集中于 SF 的重链或轻链/重链混合物。对接模型所示，与 KL 相比，HL肽更倾向于与 fibNT 的稳定β -折叠区域结合。一般来说，再对接实验得到的 RMSD 值越低，配体结合模式的对接状态就越好。基于较低的结合能，HL 肽的模拟对接状态优于 KL 肽。 结果表明，与KL相比，HL能与SF表面结合，显著增强SF表面的功能化能力。 2、HL 的 SFm 表面改性。 适当的亲水性有利于促进细胞粘附和增强细胞与物质的相互作用HL@SFm的亲水性(CA = 58.7±5.4°)优于KL@SFm (CA = 75.7±3.3°)和SFm (CA = 76.0±6.7°)，有利于细胞生长。此外，HL比KL具有更强的SF结合能力使HL比KL更广泛地覆盖SFm。当CA小于90°时，HL@SFm的亲水性和粗糙度结果与CA随亲水性表面粗糙度的增加而减小。结果表明：HL@ SFm具有最粗糙和最亲水的表面。 3、在 HL@SFm 上培养的细胞活力和形态及其诱导体内骨组织的形成。 细胞相容性是生物医学材料的主要特性。研究者以细胞增殖和活力作为评估标准，组织培养板(TCP)作为对照，比较SFm的生物相容性。结果表明，HL@SFm有利于细胞的迁移和分化。 同时研究了HL@SFm诱导体内骨组织形成，通过对比KL@SFm和SFm两种材料,结果表明，①HL@SFm诱导成骨分化的能力最强，HL肽修饰SF膜为诱导MSCs成骨分化提供了更合适的微环境。②HL肽诱导了植骨HL@SFm异位骨化，因此它是一种很有前景的骨组织工程生物材料。 4、植入SF膜的体内生物相容性及免疫组化分析 为了评估HL@SFm的组织相容性和HL@SFm在植入环境中的炎症反应，对种植体进行免疫组织化学染色。结果表明，随着植入时间的延长，HL@SFm与双功能HL肽的结合促进了异位骨部位骨基质蛋白的表达。由于种子细胞(MSCs)、SF支架(SFm)和成骨信号(HL中的KL基序)的结合，HL@SFm在体内具有良好的成骨作用。 结论 在这项研究中，开发出一种新肽的通用策略，由一个SF结合基序(HT)和一个成骨BMP-2衍生的肽基序(KL)组成，用于修饰SF膜，不仅可以诱导MSCs在没有额外诱导剂的情况下成骨分化，还可以在体内诱导骨基质的形成。这项工作证明了特异性双功能肽可以很好地结合在SF基质上，形成一种可用于骨组织再生的生物材料。值得注意的是，该研究为生物膜衍生肽安全有效地修饰生物材料提供了实验基础。 原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c17554 |
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