功能性纳米自组装多肽KLPP凝胶修复软骨缺损的实验研究

目的探讨功能性纳米自组装多肽KLPP凝胶对关节软骨缺损的修复作用。方法培养人骨髓间充质干细胞(BMSCs),将BMSCs分为BMSCs-KLD-12组(BMSCs与KLD-12凝胶共培养)和BMSCs-KLPP组(BMSCs与KLPP凝胶共培养),分别行软骨诱导分化培养,MTT法检测细胞的增殖活性。将人软骨组织分为软骨-KLPP组(制作软骨缺损区并填充KLPP凝胶进行培养)、软骨-KLD-12组(制作软骨缺损区并填充KLD-12凝胶进行培养)、软骨组(仅制作软骨缺损区)。Calcein-AM/PI双染法检测BMSCsKLD-12组及BMSCs-KLPP组的细胞毒性。培养49 d后,收集软骨组、软骨-KLD-12组、软骨-KLPP组的软骨组织进行切片,并行阿尔新蓝染色。Western blot法检测各组中Ⅰ型胶原(Col-Ⅰ)、Ⅱ型胶原(Col-Ⅱ)、Ⅹ型胶原(Col-Ⅹ)的表达。结果与BMSCs-KLD-12组比较,BMSCs-KLPP组培养1 d、3 d、7 d的细胞增殖率均明显增加(P<0.05),且Col-Ⅰ、Col-Ⅱ、Col-Ⅹ的相对表达水平明显增加(P<0.05)。Calcein-AM/PI双染色检测表明BMSCs-KLPP组和BMSCs-KLD-12组细胞活性基本一致,KLPP凝胶无细胞毒性。与软骨-KLD-12组比较,软骨-KLPP组软骨修复作用更明显(P<0.05),且Col-Ⅰ、Col-Ⅱ、Col-Ⅹ的相对表达水平更高(P<0.05)。结论功能性纳米自组装多肽KLPP凝胶对关节软骨缺损具有良好的修复作用。

可缓释富血小板血浆生长因子的新型自组装多肽水凝胶制备及性能表征

背景:富血小板血浆水凝胶由于生长因子的突发释放与伤口部位蛋白酶的快速清除,导致生长因子在伤口部位的停留时间较短,近年来研究者关注利用水凝胶材料包封富血小板血浆,以改善富血小板血浆水凝胶的不足。目的:制备自组装多肽-富血小板血浆水凝胶,探究其对富血小板血浆生物活性因子释放的影响。方法:采用固相合成法合成自组装多肽,以D-PBS配制成溶液。将不同体积的多肽溶液分别与富血小板血浆、氯化钙/凝血酶溶液混合制备水凝胶,使体系中多肽的最终质量分数分别为0.1%,0.3%,0.5%,观察成水凝胶状态,并体外检测富血小板血浆中生长因子释放情况。将质量分数1%多肽溶液与质量分数1%人血清白蛋白溶液混合激发多肽自组装,使多肽的最终质量分数分别为0.1%,0.3%,0.5%,观察液体流动状态,并检测自组装多肽的流变力学性能。通过扫描电镜与透射电镜观察多肽(质量分数分别为0.1%,0.001%)-人血清白蛋白溶液的微观结构。结果与结论:①不同体积多肽溶液与富血小板血浆均可形成水凝胶,与富血小板血浆水凝胶相比,0.1%,0.3%多肽-富血小板血浆凝胶可缓解表皮生长因子、血管内皮生长因子的突发释放,延长释放时间至48 h。②添加人血清白蛋白后,0.1%多肽组仍呈流动液体,0.3%多肽组呈半液体状态,0.5%多肽组激发自组装形成水凝胶,确定富血小板血浆中人血清白蛋白可激发多肽自组装;随着多肽质量分数的提高,自组装多肽的存储模量越高,越容易成胶。③透射电镜下可见,添加人血清白蛋白前,多肽纳米纤维较短且无序堆积;添加人血清白蛋白后,多肽纳米纤维明显变长,并且相互交联成束,形成致密的纤维网络结构。扫描电镜下可见,添加人血清白蛋白前,多肽呈无序堆积的片状结构;添加人血清白蛋白后,多肽自组装成相互交联且有序密集排列的多孔状结构。④结果显示,新型自组装多肽可由富血小板血浆激发自组装,根据人血清白蛋白与多肽的比例可精准调节自组装效果,且多肽对富血小板血浆生长因子有缓释作用,可作为一种新型的生物材料应用于组织修复。

TGF-β_3诱导大鼠前软骨干细胞向软骨细胞特性方向分化及其在KLD-12自组装肽纳米凝胶中的培养

目的探讨软骨组织工程方法中修复软骨缺损理想的种子细胞和支架材料。方法免疫磁珠分离纯化新生大鼠前软骨干细胞(PSCs),分别采用KLD-12自组装肽纳米凝胶三维培养(实验组)和普通培养瓶平面培养(对照组),用转化生长因子β3(TGFβ-3)诱导两组PSCs向软骨细胞特性方向分化。利用RT-PCR、免疫组化等方法测定其向软骨细胞特性方向分化过程中特异性细胞外基质Ⅱ型胶原(collagenⅡ)和聚集蛋白聚糖(aggrecan)表达的情况。结果RT-PCR和免疫组化检测结果表明KLD-12自组装肽纳米凝胶组细胞在诱导7、14 d后均有collagenⅡ和aggrecan表达,且RT-PCR检测结果表明KLD-12自组装肽凝胶组细胞的collagenⅡ和aggrecan mRNA表达水平较对照组高,其差异有统计学意义(均P<0.05)。结论TGFβ-3诱导后的PSCs可向成软骨方向分化,诱导后的PSCs与KLD-12自组装肽凝胶复合有望构建组织工程化软骨,KLD-12自组装肽纳米凝胶是较好的软骨组织工程细胞支架。

自组装多肽纳米纤维水凝胶在细胞三维培养中的应用及特征

背景:自组装多肽类材料因其独特的设计及良好的生物相容性和可降解性在众多三维支架材料中脱颖而出。目的:综述RADA类离子互补型自组装多肽支架材料的结构和功能化设计,从细胞三维培养方面探讨多肽类材料作为细胞载体材料在细胞治疗中的应用前景。方法:由作者通过PubMed、Web of science数据库及CNKI数据库检索有关自组装多肽水凝胶的相关文献,检索词为"self-assembly peptide,tissue engineering;自组装多肽,组织工程",检索文献量总计224篇,纳入包含多肽材料设计、功能化多肽材料、多肽材料用于细胞三维培养方面的研究,最终纳入48篇。结果与结论:从物理结构角度讲,多肽材料可以在生理环境中自组装成具有纳米级纤维和较高孔隙率的水凝胶,最大程度上模拟细胞外基质的结构,保障细胞生存在一个真正的三维环境中。从生物功能角度讲,多肽材料可以根据不同需求复合特异性的生物活性短肽片断,赋予材料一定的细胞特异性,可以促进细胞的黏附、增殖或分化。

基于纳米自组装技术的功能化溶胶-凝胶过氧化氢生物传感器

结合功能化溶胶-凝胶(sol-gel)网络结构、自组装技术和纳米粒子效应,提出一种生物传感界面构建方法。利用自组装技术在玻碳电极表面组装氨基化sol-gel膜,通过与自组装膜间的强烈作用将纳米金粒子固定于sol-gel网络中,再通过静电吸附作用实现辣根过氧化物酶(HRP)在纳米金粒子表面的固定化,构建纳米自组装HRP传感界面。将制备的传感器用于对H_2O_2的催化还原,很好地保持了酶的生物活性,改善了传感器的灵敏度。

功能化自组装多肽水凝胶支架促进小鼠骨髓间充质干细胞的粘附、增殖及成骨

目的探讨功能化自组装纳米多肽DGEAmx水凝胶对小鼠骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)的粘附、增殖和成骨分化的影响。方法原子力显微镜观察功能化自组装多肽形成的纳米级结构特征;用倒置显微镜对贴壁细胞拍照计数,对比细胞粘附情况;用CCK-8法检测细胞增殖;激光共聚焦显微镜观察细胞在材料表面形貌;检测碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性、成骨分化特异性基因Ⅰ型胶原(ICAM-1)和骨钙蛋白(osteocalcin,OCN)的表达来评价成骨效果。结果原子力显微镜观察功能化自组装多肽DGEAmx可以形成纳米纤维网状结构;倒置显微镜对贴壁细胞拍照计数结果显示在30、60、90 min时DGEAmx组对比RADA16-Ⅰ组粘附细胞数差异有统计学意义(P<0.05);CCK-8法检测结果显示在培养第3、5、7天,DGEAmx组MSCs增殖较RADA16-Ⅰ组明显增高(P<0.05);DGEAmx组成骨诱导3、7、14 d后,ALP活性高于RADA16-Ⅰ组(P<0.05);Real-time PCR结果显示成骨诱导3、7、14 d后DGEAmx组较RADA16-Ⅰ组有更高的ICAM-1和OCN的表达(P<0.05)。结论功能化自组装多肽DGEAmx纳米纤维水凝胶支架能促进MSCs粘附、增殖和成骨分化,作为骨组织工程支架材料有良好的应用潜力。

功能化自组装肽水凝胶在细胞培养中应用

自组装肽水凝胶是一类能够在特定的条件下利用疏水作用、静电作用、氢键、范德华力等非共价作用力来形成内部高度有序结构的多肽分子凝胶。自组装多肽凝胶具有易于设计合成、低免疫原性、低炎症反应、良好组织相容性、生物利用度高等特点,可为各种细胞提供近似于天然的细胞外基质,促进细胞增殖、分化、黏附等细胞生物学行为。因此,自组装肽水凝胶是细胞培养理想支架,具有广阔应用前景。本文主要对功能化自组装肽凝胶在干细胞、成骨细胞、内皮细胞、肿瘤细胞培养中的应用进行综述,期望为功能性自组装肽水凝胶在细胞培养中应用提供理论依据。

纳米PbS/SiO_2气凝胶介孔组装体的制备及光学特性

对用自行研制的ＳＣＤ－Ｉ型高压釜制备的ＳｉＯ２气凝胶与用胶体化学方法制备的ＰｂＳ纳米粒子的组装体系的光学性质进行了研究．用透射电镜观察了其形貌，用光吸收谱仪及荧光光谱仪测定其光吸收谱及荧光谱．发现样品的光吸收边随退火温度升高由可见逐渐移到红外波段．样品的光致发光强度随退火温度上升先增强直至５７３Ｋ，而后随退火温度上升而减弱．我们认为光吸收边红移是由量子限域效应引起的，而荧光强度变化与ＰｂＳ表面缺陷及激子的复合几率变化有关．

Sol-Gel法制备木材功能性改良用SiO_2凝胶

以正硅酸乙酯（TEOS）原料，HCl／HF混合酸为水解催化剂，研究应用于木材功能性改良的SiO2凝胶的制备工艺条件。所配制3种反应溶液的TEOS／EtOH／H2O比例分别为FU1=1．00：15．35：7．45，FU2=1．00：5．43：10．10，FU3=1．00：5．47：5．77，HCl／HF摩尔比分别为0．02／0．01、0．02／0．04和0．02／0．06，可在120min左右得到醇凝胶。将醇凝胶在-21℃条件下陈化1～3d后，在12h内自然升温至室温，24h内置于超临界流体中进行干燥单元操作，可以得到适合木材功能性改良用并具有纳米结构的SiO2气凝胶。

超灵敏葡萄糖生物传感基于自组装纳米金和(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷凝胶溶胶(英文)

采用一种新颖的方法将(3 巯基丙基) 三甲氧基硅烷凝胶溶胶、纳米金和葡萄糖氧化酶自组装于金电极表面,制得了 高灵敏度的葡萄糖生物传感器.实验表明固定在三维网状的凝胶溶胶中的葡萄糖氧化酶和纳米金颗粒具有很强的稳定性并 且能够保持自身的活性.本实验采用Co(bpy)3+3作为电子媒介体,峰电流值与葡萄糖浓度在8.0×10-10～4.2×10-8mol/L 成线形关系,检测下线为3.0×10-10mol/L(S/N=3).

基于谷氨酸衍生物和脂肪酸双元有机凝胶的有序纳米结构和组装模式研究

设计研究了具有不同烷基链长度的脂肪酸与谷氨酸衍生物在多种有机溶剂中的双元凝胶行为，在20种溶剂中的凝胶性能测试结果表明是新型双元有机胶凝剂，实验结果表明，烷基链的长度在调控多种有机溶剂中的胶凝剂性能方面起着关键作用，分子骨架中较长的烷基链有助于有机溶剂的胶凝；形貌研究揭示这些凝胶分子随着溶剂的改变自组装形成不同的聚集体，例如片状、棒状、纤维状等；光谱考察表明，取决于分子骨架中酰胺基团和烷基取代链，形成不同的氢键和疏水作用力。此外，使用的溶剂对于这些双元凝胶剂的组装模式和堆积单元也有明显的作用。该工作为设计新型双元有机胶凝剂和软材料提供了新的思路。

芳纶纳米纤维合成及其气凝胶薄膜制备

研究在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的辅助下,采用聚合诱导自组装的方式制备芳纶纳米纤维(ANF)。在传统的对苯二胺(PPD)与对苯二甲酰氯(TPC)溶液缩聚工艺中,由于聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)的液晶特性,会随着链的增长而聚集沉淀,该研究创造性地采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP),可以控制PPTA分子的聚集程度,形成稳定的聚集体,从而驱动PPTA分子的自组装,最终获得芳纶纳米纤维(ANF)。利用获得的ANF溶液,通过刮涂法、非溶剂诱导相分离步骤,制备气凝胶薄膜的前驱体,最后经过冷冻干燥后得到芳纶气凝胶薄膜。通过傅里叶红外光谱、X射线衍射表征了ANF的化学结构,证实获得产物结构为聚对苯二甲酰对苯二胺;通过扫描电镜观察ANF的微观形貌,结果表明,制备的芳纶气凝胶薄膜为纳米纤维构筑的三维网络;通过热失重分析了气凝胶薄膜的热稳定性,结果表明,气凝胶薄膜的热降解温度高达535℃;通过氮气吸附解吸附测试得到气凝胶薄膜的比表面积高达175m2/g。并且,气凝胶薄膜的拉伸强度高达3.5MPa。与真空辅助过滤方式相比,该方法简化了芳纶气凝胶薄膜的制备工艺,有利于提高生产效率。

构建含5-氟尿嘧啶的自组装短肽原位水凝胶的初步流变学研究

目的探讨构建含5-氟尿嘧啶(5-Fu)的自组装短肽RAD16-I原位水凝胶的可能性。方法采用流变仪测量短肽水溶液与磷酸盐缓冲液(PBS)混合前后的储存模量、损耗模量、相位角等流变学参数,表征含5-Fu的RAD16-I水溶液在模拟生理条件下形成水凝胶的情况;通过倒置显微镜观察含5-Fu的RAD16-I水溶液加入细胞培养基后形成的水凝胶及细胞的形态,考察含5-Fu的RAD16-I溶液在细胞培养基中形成水凝胶、维持凝胶状态的情形和水凝胶中药物对细胞的作用。结果不含和含5-Fu的RAD16-I水溶液在PBS或细胞培养基中均能形成凝胶,凝胶呈透明的膜片状,在培养基中与细胞共处时,含药水凝胶较好地维持其凝胶状态和5-Fu的抗肿瘤效果。结论自组装短肽可以作为5-Fu等抗肿瘤药物的载体材料加以开发。

壳聚糖复合纳米凝胶的聚合诱导自组装制备及生物应用

以生物大分子壳聚糖为主要组成基元,在壳聚糖的羟基碳上引发单体自由基共聚合。在聚合过程中疏水的合成高分子接枝链与亲水的壳聚糖分子自组装诱导形成纳米尺度的聚集体,通过引入具有肿瘤还原环境响应性的交联剂,得到了肿瘤环境响应的壳聚糖-合成高分子共聚物纳米凝胶。采用透射电镜、红外光谱等手段对纳米凝胶的粒径、结构、形貌和性能进行表征,探讨了聚合诱导自组装高效制备壳聚糖纳米凝胶的机理,证实了所得纳米凝胶粒径的可控性。进一步采用近红外荧光分子和磁共振显影(MRI)分子标记的方法制备了荧光/MRI多功能复合纳米凝胶,对凝胶显影性能进行了探讨,证实了其优异的细胞标记能力和良好的生物相容性。

自组装辅助聚合法制备纤维素基温度/pH双敏感性荧光纳米凝胶

通过自组装辅助的一步法制备了具有温度和pH双重响应性的荧光纳米凝胶(FNG).首先设计制备了一种水溶性含双键的荧光单体5-丙烯酰胺荧光素(5-AAF),在水溶性纤维素醚——羟丙基纤维素(HPC)主链上引发5-AAF的接枝共聚,同时由于5-AAF的疏水作用力诱导共聚物发生自组装,并通过双官能团交联剂亚甲基二丙烯酰胺(MBA)的加入使自组装纳米聚集体交联,从而一步制得具有环境响应性的FNG,该过程在水相中进行,具有高效、'绿色'的优点.研究结果表明,改变合成过程中HPC的分子量可调控所得FNG的环境响应性.对FNG环境响应性的研究表明,FNG链段上的亲疏水基团及与水分子间的氢键作用是影响凝胶温度响应性的主要因素.此外,FNG的荧光在中性及碱性溶液中显著加强,在酸性溶液中迅速猝灭.由于FNG的荧光信号对温度和pH的显著敏感性,且具有较低的细胞毒性,因此在荧光标记生物检测及生物微环境的温度/pH检测等领域具有广泛的应用前景.

超声后RADA16-I短肽纳米纤维支架重组装及成胶的研究

RADA16-I自组装短肽水溶液中形成纳米纤维并在盐离子作用下触发成水凝胶。RADA16-I纤维被大功率超声打断为小的原纤维片段。用AFM、CD和流变仪研究超声后纤维的重组装及其成胶性质。实验发现,超声未破坏纳米纤维二级结构,纤维仍保持β-sheet构型,超声4h后,小片段重组装为500nm的纤维,纤维虽未恢复到原长度,但仍未丧失其触发成胶的能力,只是在相同触发时间内达不到超声前的储能模量G′。还研究了超声对纳米纤维和成胶性能的影响,并提出相应的分子模型,这有助于短肽生物材料的应用,并对淀粉样蛋白病变的机理有一定的启示作用。

基于糖基化反应及自组装法制备大豆分离蛋白-可溶性大豆多糖核壳结构纳米凝胶

结合大分子拥挤环境下的糖基化反应与自组装两步法,制备了安全而新型的具有核壳结构的纳米凝胶.首先,通过水相体系中的Maillard反应使亲水性大豆多糖(SSPS)共价连接到大豆分离蛋白(SPI)上形成两亲性嵌段共聚物;然后,在疏水聚集及静电吸引作用力的驱动下诱导接枝共聚物自组装形成SPI-SSPS纳米凝胶.原子力显微镜与透射电子显微镜分析表明,SPI-SSPS纳米凝胶为分布均匀、具有核壳结构的球形粒子,以亲水性的SPI为壳,以交联的SSPS为核;利用圆二色光谱法与荧光光谱法表征了SPI-SSPS纳米凝胶的结构,结果表明,SPI-SSPS纳米凝胶中蛋白的三级结构发生改变,疏水基团暴露于蛋白表面使纳米凝胶内部形成疏水微区,有利于荷载疏水性药物;稳定性实验结果表明,所制备的SPI-SSPS纳米凝胶具有环境稳定性,在一定的pH值与生理离子强度范围内粒子基本不变,于4℃能稳定储藏120 d以上.因此,SPI-SSPS纳米凝胶在生物医药领域具有广阔的应用前景.

RADA16-I纳米短肽水凝胶力学强度的调控

研究了RADA16-I纳米短肽的二级结构和微观形态及其在不同溶液触发下形成的水凝胶的力学强度。试验结果表明,该短肽在水溶液中形成典型的β-sheet结构,这对其形成纳米纤维十分重要。此外,研究发现采用不同的溶液触发得到的水凝胶的力学强度可在一定范围内变化,符合DLVO理论。这可为组织工程提供强度可调控的纳米纤维支架材料。

刀豆球蛋白A诱导的葡聚糖纳米凝胶高层级自组装

基于葡聚糖这类结构明确的水溶性多糖,以接枝聚合诱导自组装法(GISA)制备得到具有交联结构的葡聚糖纳米凝胶。在此基础上,利用刀豆球蛋白A(Con A)与葡聚糖中葡萄糖单元之间的特异性识别作用,诱导葡聚糖纳米凝胶的高层级自组装,从而制备尺度可控的Con A-葡聚糖纳米凝胶高层级自组装体。通过透射电镜、红外光谱、核磁共振光谱、等温滴定量热法等手段对高层级自组装体的粒径、结构和形貌进行表征,探讨了其高层级自组装的机理。此外,还探究了Con A以及Con A-葡聚糖纳米凝胶高层级自组装体对人肺癌细胞A549的细胞毒性。结果表明:该自组装体的尺寸同葡聚糖与Con A的质量比直接相关;游离的Con A对A549细胞具有抑制作用,且Con A在参与高层级自组装的过程中生物活性保持不变。

基于若干偶氮苯胺和不同取代链长苯甲酸的双元有机凝胶：自组装和有序纳米结构

本文研究表征了含有偶氮苯胺衍生物和不同取代链长苯甲酸的双元有机凝胶在多种有机溶剂中的凝胶行为。在20种溶剂中的凝胶性能测试结果表明是新型双元有机胶凝剂。实验结果表明，取代烷基链的长度在调控多种有机溶剂中的胶凝剂性能方面起着关键的作用。分子骨架中较长的烷基链有助于有机溶剂的胶凝。形貌考察表明这些凝胶分子随着溶剂的改变自组装形成不同的聚集体，如片状、褶皱、带状、点状等。光谱研究显示取决于分子骨架中不同的烷基取代链，凝胶中存在不同的氢键和疏水作用力。此外，由于烷基取代链的长度不同，这些有机凝胶可以自组装形成单分子或多分子的纳米结构。对于目前的有机凝胶的可能组装模型被提出来了。本研究工作对于设计新型纳米材料和具有特殊微纳米结构的功能纤维材料提供了新的思路。