膠原模擬多肽-PEG雜化水凝膠的構建及生物醫(yī)學應用研究.pdf

1、膠原是生物醫(yī)學材料領域最常見的天然高分子之一，在組織再生修復、藥物遞送方面有著極為廣泛的應用。膠原基生物材料生物相容性好、生物活性高，并且能夠生物降解，然而天然膠原也存在質量可控性差、難以進行可控修飾以及具有潛在免疫原性等缺陷，因而有必要發(fā)展具有生物活性的人工類膠原生物材料。膠原模擬多肽(CMPs)是一種人工合成的膠原模型分子，被用于膠原特征結構的形成機制和性能研究、膠原相關的疾病研究以及發(fā)展膠原替代材料。
　　本文以膠原模擬多肽

2、和多臂PEG-MAL為原料制備了一類成分明確，結構可控的膠原模擬多肽-PEG雜化水凝膠，并以此作為膠原基水凝膠的替代材料研究了膠原模擬多肽-PEG雜化水凝膠在細胞3D培養(yǎng)、生物礦化、蛋白藥物局部遞送方面的應用。利用巰基和馬來酰亞胺反應將帶有半胱氨酸的膠原模擬多肽偶聯(lián)至多臂(4/8)PEG-MAL末端，膠原模擬多肽在自組裝形成三螺旋構象過程中可以形成高分子間的物理交聯(lián)，從而得到三維的聚合物網(wǎng)絡結構。此制備方法室溫即可完成，有利于保持生物大

3、分子和被包載細胞的活性。流變學研究表明，水凝膠的機械強度可以通過前體濃度、PEG臂數(shù)調節(jié)。
　　本研究將膠原模擬多肽-PEG雜化水凝膠固定于Millicell細胞培養(yǎng)小室，用于骨髓間充質干細胞(BMSCs)的3D培養(yǎng)。LIVE/DEAD染色顯示，細胞包被后活力保持良好。實驗考察了3D培養(yǎng)環(huán)境以及IGF-1、BMP3對BMSCs基因表達(COL1A2、COL2A1、BMP2、MMP13)的影響。本研究條件下，IGF-1、BMP3對B

4、MSCs基因表達的調控并不明顯;另一方面，3D培養(yǎng)可以下調COL1A2表達，這表明3D培養(yǎng)可能具有抑制BMSCs在軟骨分化過程中產(chǎn)生肥大表型的作用。本研究還證明含GEK序列的膠原模擬多肽可以通過賴氨酸殘基的氧化作用產(chǎn)生交聯(lián)，此過程亦見于膠原的生物合成。
　　骨組織是羥基磷灰石(HA)在類似膠原的水凝膠基質上通過生物礦化形成的，因而水凝膠是體外礦化研究的理想模型。本研究構建了一個雙擴散裝置研究磷酸鈣不同物相在膠原模擬多肽-PEG雜化

5、水凝膠中的礦化。在模擬生理pH條件下，礦化1天時的產(chǎn)物既有二水磷酸二鈣(DCPD)，又有HA;礦化3天以上產(chǎn)物只有HA;以上結果說明實驗中得到的HA是通過DCPD前體經(jīng)由相轉化過程形成的。需要說明的是，實驗所得HA晶體呈現(xiàn)典型的介晶(mesocrystal)特征，是一種新型的功能材料。礦化pH為6.0、7.0、7.4、8.0時，礦化產(chǎn)物分別為DCPD、DCPD+HA、HA和HA。據(jù)文獻報道，腎結石病人的尿液pH常常因用藥或感染而呈波動狀

6、態(tài)，而DCPD、HA則是磷酸鈣結石的主要成分，本研究所構建的水凝膠可望作為生物礦化的模型用于研究腎結石的病理發(fā)生機制。
　　本研究將膠原模擬多肽-PEG雜化水凝膠作為藥物載體用于蛋白藥物的局部遞送系統(tǒng)。通過葡聚糖藍釋放實驗，流變學檢測和冷凍掃描電鏡觀察，比較了PBS體系制備的水凝膠與純水體系制備的水凝膠在穩(wěn)定性、溶蝕行為方面的差異，前者凝膠化速度太快，因而存在異質性，穩(wěn)定性、溶蝕行為等性能劣于純水體系制備的水凝膠。以肌紅蛋白作為模