蛋白質(zhì)是所有組織的關(guān)鍵組成部分,由于其優(yōu)越的生物相容性和低的免疫原性,在組織工程中得到了廣泛的應(yīng)用。然而,天然蛋白質(zhì)通常缺乏血管化、骨誘導(dǎo)和神經(jīng)分化等活性功能,限制了其作為功能性生物材料的進一步應(yīng)用。此外,由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易失活、變性等特點,造成其修飾困難。因此,需要尋求一種新方法進行特定的功能修飾,以豐富蛋白質(zhì)基生物材料的功能,從而使功能性蛋白質(zhì)基生物材料得到推廣、設(shè)計和應(yīng)用。

多肽具有抗菌,傷口愈合,抗腫瘤等作用。然而,目前多肽的改性大多局限于生物材料的表面,對修復(fù)組織缺損的3D材料的改性仍存在困難。因此,具有一定活性功能的3D多肽生物材料有望為多肽生物材料的設(shè)計開辟新的思路。

近日,上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院/上海市傷骨科研究所的劉志宏、崔文國、鄧廉夫等人根據(jù)牛血清白蛋白(BSA)類細胞外基質(zhì)的特性,通過巰基化的BSA、KK多肽和Ag+的協(xié)同交聯(lián),成功構(gòu)建了具有血管化和抗菌能力的可注射性多肽蛋白水凝膠,用于促進感染傷口的愈合。其中,S-Ag動態(tài)相互作用賦予水凝膠獨特的快速降解、可注射、自愈合、抗菌和血管生成能力。該多功能3D多肽蛋白水凝膠在感染傷口愈合等生物醫(yī)學領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)成果以“Injectable?Polypeptide-Protein Hydrogels for Promoting Infected Wound Healing”為題發(fā)表在期刊Advanced Functional Materials。

可注射水凝膠促進感染傷口的愈合

 

【圖文速遞】

1.?KK-BSA凝膠的制備過程

首先,Traut’s?試劑處理BSA得到BSA-SH。然后BSA-SH與KK-SH和AgNO3混合,通過S-Ag配位交聯(lián)原位形成多肽蛋白水凝膠(KK-BSA凝膠)。

可注射水凝膠促進感染傷口的愈合
圖1 KK-BSA凝膠的制備及修復(fù)感染傷口的作用過程示意圖。A)?用BSA-SH、KK-SH和Ag+構(gòu)建了動態(tài)S-Ag配位水凝膠。B) KK-BSA水凝膠原位修復(fù)感染傷口的動態(tài)過程:在促進感染傷口愈合的同時,不斷釋放促進KK多肽和抗菌Ag+的新生血管。C)?將水凝膠注入感染創(chuàng)面,促進傷口愈合。

 

2.?KK-BSA凝膠的表征

BSA凝膠和KK-BSA凝膠都具有均一的孔狀結(jié)構(gòu)。BSA與KK多肽混合后具有優(yōu)異的流動性,加入AgNO3混合后就形成了具有一定強度的凝膠。研究結(jié)果表明KK-BSA凝膠具有可注射性和自修復(fù)性。

可注射水凝膠促進感染傷口的愈合
圖2 水凝膠的形貌和表征。A)?合成BSA和KK-BSA凝膠的化學方程式。B、C)BSA和KK-BSA凝膠的掃描電鏡圖。D、E) KK-BSA水凝膠的凝膠過程。F、G)凝膠的可注射性照片。H–K)KK-BSA凝膠自修復(fù)性。O)?自修復(fù)機制示意圖:S-Ag動態(tài)可逆鍵。

 

 

3.?KK-BSA凝膠的體外效果

細胞實驗表明,KK-BSA凝膠具有良好的生物相容性,并通過S-Ag雙鍵的解離和Ag+的釋放起到良好的抗菌作用。此外,KK多肽能提高VEGF的表達水平,促進血管再生。

可注射水凝膠促進感染傷口的愈合
圖3 A)?對照組、BSA組和KK-BSA組1、3和5天的活/死熒光結(jié)果。B)?對照組、BSA組和KK-BSA組的HUVECs在12h的體外血管形成能力。C)BSA和KK-BSA凝膠對金黃色葡萄球菌的抗菌敏感性,12h和24h進行瓊脂擴散實驗。D)不同組在1、3和5天的CCK-8定量結(jié)果。E) BSA和KK-BSA組金黃色葡萄球菌的抑制區(qū)直徑。F)?對照組、BSA組和KK-BSA組12h時的總血管長度。

 

4.?KK-BSA凝膠的體內(nèi)效果

由于早期大量釋放銀離子和KK肽,BSA和KK-BSA水凝膠組第7天的愈合率均高于對照組。隨著治療時間的延長,KK-BSA組傷口愈合面積持續(xù)增加,第14天傷口愈合率達到95.8±1.2%,表現(xiàn)出優(yōu)異地促進感染傷口愈合作用和抗菌能力。

可注射水凝膠促進感染傷口的愈合
圖4 體內(nèi)感染傷口愈合。A)?第0、3、7、10和14天接受不同治療的傷口組織照片。B)?不同組在體內(nèi)的傷口愈合界限。黃色皮膚張力區(qū)表示初始傷口面積,藍色區(qū)域表示3、7、10和14天的傷口面積。C)?各時間點不同組的傷口愈合率。

全文鏈接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202001196

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