JACS.：蘇州大學-貽貝衍生的縮氨酸仿生設計用于雙功能鈦基生物材料

【引言】

鈦及其合金由于它們良好的機械化學性能已廣泛應用于生物材料，但是目前存在的共性問題就是鈦的生物惰性以及缺少誘發指定細胞組織反應的生物活性。對于骨植入品，穩定的骨骼和植入品連接結構在植入早去決定著成敗。因此，理想的Ti植入品應該具有好的生物活性，特別是能夠誘發細胞粘連在一起增加牢固性和加速骨增長。

【成果簡介】

近日，蘇州大學楊惠林教授（通訊作者）、施勤副教授（通訊作者）和潘國慶博士（通訊作者）研發出一種具有生物活性的貽貝衍生的縮氨酸用于鈦基復合材料的仿生設計，這種縮氨酸((DOPA)₄-G₄-GRGDS and (DOPA)₄-G₄-YGFGG)同時具有四價的苯鄰二酚(DOPA)₄和一個甘氨酸G₄以及一個縮氨酸序列。其中，GRGDS主要用來指定細胞的粘連，RGD序列用于植入品德表面修復提高早期骨愈合，YGFGG則可促進骨生長。這種設計可以使得Ti表面擁有理想的生物活性并且利于骨的生長。

【圖文導讀】

圖1 縮氨酸分子式示意圖以及將鈦植入品表面覆蓋這種縮氨酸的過程示意圖

(a)貽貝足縮氨酸(Mfp-1)分子式表明苯鄰二酚在它們的兩側邊

(b,c)貽貝衍生的縮氨酸苯鄰二酚在兩側，GRGDS和YGFGG序列尾部

(d) 苯鄰二酚和二氧化鈦反應用于鈦植入品表面修復

圖2 實驗圖表分析顯示二氧化鈦表面提高了細胞的黏附率和增殖的行為

（a,b）在培養基中培育3小時后黏附的細胞在不同表面的形態（a）是無血清，（b）為有血清（FBS,10vol%）

（c,d）用DAPI等染色劑染色培育3小時和24小時后不同表面的平均細胞數量（c）和細胞黏附力（d）

（e）人骨髓源間葉干細胞（BM-MSCs）在不同表面的增殖統計圖表。為了生物表面改性的優化，覆蓋了二氧化鈦后在PBS中以不同的比例(DOPA)4-G4-GRGDS and (DOPA)4-G4-YGFGG（例如，0：0，4：0，3：1，2：2，0：4，總濃度為0.01 mg.ML^-1）在室溫下培育6小時。

圖3 仿生縮氨酸治療的二氧化鈦表面顯示出相對于沒有治療表面增加了成骨率的介紹圖表

(a)將BM-MSCs經ALP染色后在誘導培養基中不同的表面培育7天的圖像

(b)經茜素紅染色21天在誘導培養基中培育的圖像

(c)定量ALP后 BM-MSCs在誘導培養基中培育14天的圖像

(d-f)定量茜素紅染色礦物層，溶解在1%的鹽酸溶液中，用分光光度計決定結果分別用（e）堿性磷酸鹽（ALP）(f) 矮小相關的轉錄因素2 （RUNX2）

(g)Ⅰ型膠原蛋白 （COL1A1）

(h)骨鈣素（OCN）在不同縮氨酸治療表面成骨相關的基因表達

圖4 縮氨酸治療的螺絲釘相對于沒有經縮氨酸覆蓋的展示了成骨能力和機械穩定性能

(a)微型CT 3D重構圖像

(b)根據在組織數量（TV）的骨體積（BV）分數定量地提升了骨生長

(c)甲苯胺藍染色的鈦螺釘的組織學圖像

(d)骨植入品觸點的平均組織形態學評估

(e)生物機械性能的拉拔測試結果

文獻鏈接：Biomimetic Design of Mussel-Derived Bioactive Peptides for Dual-Functionalization of Titanium-Based Biomaterials（JACS,2016,DOI:?10.1021/jacs.6b09770)

本文由材料人編輯部生物材料組李倫供稿，材料牛編輯整理。

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