自组装多肽在牙体组织修复中的应用研究进展

自组装多肽具备特定的氨基酸序列和结构,能够在特定条件下激发内部自由能,促使分子自发组装成具有更高物理化学稳定性的纳米结构。这一技术广泛应用在组织工程、抗癌和抗菌领域,并在牙体组织修复中展现出巨大的应用潜力。本文综述了自组装多肽的组装机制、形态及其在牙体组织修复中的应用,探讨了自组装多肽设计的关键点,并总结了该领域面临的挑战和未来的发展方向。

自组装生物分子软物质材料及其物理特性

自组装生物分子软物质材料是以生物分子或生物分子基元为构建单元,通过自组织过程形成的一类新型软物质材料.因其组成单元的生物特性和其中弱相互作用驱动组装的特征,这类材料通常具有高度生物相容性、可逆组装、动态响应和微结构可控性等优势,在生物医学、组织工程和柔性传感等领域中被广泛关注并得到了相关研发和应用.本文简要介绍自组装生物分子软物质材料的基本构建原理和物理特性,并以氨基酸、多肽分子等组装单元为例,对三类自组装生物分子软物质材料(纳米材料、凝胶材料和复合材料)的自组装分子机制、材料构建思路、力学特性和功能应用场景做了具体阐述.我们认为自组装生物分子软物质材料的研究,将从结构单元的发掘和相关特性的表征,向多功能性质定制与前端应用集成方向发展,从而研发出崭新的复合智能生物软物质材料,进一步促进其在生物医学、有机半导体和软体机器人等新兴领域中的应用.

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。

自组装多肽支架材料的研究进展

多肽分子可以利用氢键、疏水性作用、π-π堆积作用等非共价键力自组装形成形态与结构特异的多肽分子聚集体,如分子积木、分子开关、分子涂料及纳米纤维等,由于多肽分子良好的生物相容性和可调控的降解性,自组装多肽在组织工程、药物缓释等方面表现出巨大的应用潜力。本文总体介绍了多肽自组装的几种结构模型及自组装的设计原则,重点叙述了自组装多肽作为组织工程支架材料的研究进展。

多肽分子自组装研究进展

多肽分子自组装是生物体中广泛存在的一种现象。通过自组装,多肽分子可结合成具有不同功能的蛋白质分子。一种有生物功能的蛋白质分子,其特定空间结构的形成实际上就是其组成氨基酸分子中各基团组装的结果。因此,多肽分子自组装可在分子水平上进行精巧的设计,从而控制组装体的形状和结构,这在生物活性肽类药物以及生物医学材料的研制方面有着巨大的潜力。近年来,多肽分子自组装进展迅速,在模拟天然生物分子的功能、药物载体以及合成多肽药物等方面得到应用。本文仅就肽自组装系统的研究进展进行简要评述。

一种新型多肽仿生材料的自组装结构研究

利用天然蛋白质氨基酸序列设计生物仿生材料是近年来兴起的一个热门研究领域.本文中将蚕丝蛋白特征氨基酸序列(Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser)部分引入离子互补型多肽RADA16-I:(Arg-Ala-Asp-Ala)4中,设计了新型多肽RAGA16:Arg-Ala-Asp-Ala-Gly-Ala-Gly-Ala-Arg-Ala-Asp-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser.采用原子力显微镜(AFM)等技术对多肽的自组装结构进行了研究,发现新型多肽自组装形成数微米长的纤维结构,通过分析得知多肽二级结构中Silk I结构成分比例增加是导致其纳米结构的变化主要原因.因此推测蚕丝蛋白特征序列对改变材料纳米结构有明显作用.

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。

促血管内皮细胞生长的功能化自组装多肽框架材料的筛选和制备

背景:功能化多肽框架材料由于良好的生物相容性及生物活性,可以用来促进血管生成的研究。目的:设计并筛选出能够促进内皮细胞血管生成的功能化多肽框架材料。方法:将设计和筛选出的功能多肽片断通过固相合成法复合在自组装多肽RADA16-I的C末端,将RADA16-I与功能化自主装多肽以1:1的比例混合,加入无菌培养板在37℃下孵育过夜以促进其凝胶,通过换培养基调节pH值。在凝胶上对内皮细胞进行2D培养。观察功能化自组装多肽框架材料的圆二色谱、原子力显微镜照像,内皮细胞黏附、增殖情况。结果与结论:功能化自组装多肽框架材料与Matrigel的形貌相似且是均一的纳米纤维材料。其中RAD/KLT和RAD/PRG具有促进内皮细胞黏附及增殖的功能。表明,功能化多肽框架材料RAD/KLT和RAD/PRG具有用于促内皮细胞血管生成的进一步研究的潜力。

MSCs在自组装多肽纳米纤维支架中的三维培养及脂向分化研究

拟采用自组装多肽RADA16水凝胶建立MSCs的三维培养体系,以观察MSCs在RADA16中的黏附、形态及脂向分化情况。将第3代细胞置于RADA16水凝胶中进行三维培养。实验组细胞-材料复合物以脂向诱导液诱导,对照组以DMEM培养液培养,然后进行形态学观察,油红O染色及Westernblot检测。荧光染色显示,绝大多数MSCs在RADA16水凝胶中能存活,且在不同的三维平面上生长。经诱导后,细胞内有大量油红O染色阳性的脂滴聚集,Westernblot分析结果显示有脂肪细胞特异的蛋白PPARγ表达,且表达量随诱导时间的延长而增加。以上结果表明,RADA16水凝胶支架为MSCs的黏附、生长提供良好的三维环境,经定向诱导后支架内的MSCs可向脂肪组织方向分化。

自组装多肽水凝胶支架中MSCs的三维培养及成骨分化

使用一种新型人工设计自组装多肽(RADA16)水凝胶作为三维培养支架评价MSCs成骨分化情况。将人骨髓MSCs培养增殖后接种到水凝胶中,在成骨分化培养液中进一步培养1～3周。荧光染色法观察细胞形态和存活情况;组织学染色检测MSCs ALP活性;半定量RT-PCR分析成骨特异性基因的表达。绝大多数MSCs在水凝胶支架内能够存活,呈纺锤样形态。诱导培养后蛋白和基因表达水平均检测到ALP活性,在14天时达到峰值。骨晚期分化特异性基因BSP也有表达,且表达量随培养时间延长而增多。自组装多肽水凝胶为MSCs的黏附生长及向成骨细胞分化提供良好的三维微环境,有望成为极具吸引力的骨组织工程支架材料。

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。

自组装多肽在生物医药领域的研究进展

自组装多肽可利用分子间非共价键作用力自发或触发自组装,形成有序的纳米结构,表现出单个多肽分子或低级分子聚集体所没有的独特特性与功能,近年来该领域已成为分子自组装研究的热点之一。根据自组装是否受外界环境的调控将其分为自发型和触发型两种类型,详细介绍了自组装多肽的分类以及其在生物医药领域中的应用前景,包括作为抗肿瘤药物及抗生素药物;作为药物载体改善药物的性质,实现药物靶向性;以及在细胞培养支架、组织修复、生物医学检测等方面的应用。

两种新型功能化自组装多肽水凝胶的制备和体外研究

目的研究自组装多肽水凝胶的表征及其生物相容性、促轴突再生的作用。方法本文制备两种分别模拟神经生长因子(NGF)和脑源性神经营养因子(BDNF)的功能化自组装多肽,通过圆二色谱分析、扫描电镜和原子力显微镜观察其表征,并将其用于培养雪旺细胞和PC12细胞。结果扫描电镜结果表明这种纳米纤维水凝胶具有类似细胞外基质的三维网络结构,圆二色谱分析和原子力显微镜结果显示该水凝胶具有典型的β折叠的色谱。体外结果表明雪旺细胞能很好地在多肽水凝胶中生长、铺展,同时PC12细胞能在多肽水凝胶中长出不同长度的轴突。结论自组装多肽水凝胶具有类似细胞外基质的纳米纤维结构,与神经类细胞的生物相容性良好,并且能够促进轴突生长。

自组装多肽纳米纤维支架的结构特点及应用优势

背景:3D自组装肽纳米纤维凝胶支架能很好模拟体内的微环境,提供一种能促进细胞生长、改善细胞功能、具有合理构成细胞外基质的结构模式。目的:综述自组装多肽纳米纤维支架的基础研究及其在神经组织工程中的研究现状。方法:检索2000至2013年PubMed数据库、维普数据库有关自组装多肽纳米纤维支架研究进展的文献,关键词为"自组装多肽,纳米纤维支架,神经组织工程,神经干细胞;self-assembling peptide,nanofiber scaffold,RADA16,Nerve tissue engineering,Neural stem cell"。结果与结论:自组装多肽纳米纤维支架作为新型组织工程支架材料不仅解决了材料与细胞相容性差的问题,而且在维持材料的三维特性、促进细胞活性、模仿细胞外基质等方面均优于其他支架材料,是一种理想的组织工程材料,为神经损伤修复研究提供了新的方法。但自组装多肽领域内仍面临一些挑战,短期的问题包括自组装多肽与新型生物高分子的整合,以及与相对成熟传统移植物的整合;长期问题涉及如何更好地应对体内免疫系统,如何对细胞内的靶点进行治疗,以及如何预测未来高整合支架的发展方向等。

原位自组装多肽在肿瘤和细菌感染诊断及治疗中的研究进展

肿瘤和细菌感染严重危害人类健康,因此亟需开发有效的诊疗方法以克服这两类疾病。原位自组装多肽能够特异识别病灶部位某些特异性高表达的物质,靶向性地在病灶部位聚集,并通过自组装形成稳定的纳米结构,从而实现疾病的精确诊断和有效治疗,并降低对正常组织的毒副作用,是一种在疾病诊疗方面应用前景广阔的医用材料。本文就原位自组装多肽在肿瘤和细菌感染的诊断及治疗中的研究进展进行综述。

自组装肽纳米纤维支架及其在组织工程的应用

自组装肽纳米纤维支架(SAPNS)是近年来被广泛研究的一种生物支架材料,其在三维细胞培养、组织修复与再生等领域得到了越来越多的应用。本综述在介绍SAPNS研究现状的基础上,按外、中、内3个胚层来源组织的顺序阐述了SAPNS在组织工程中的应用进展、存在问题及展望。

小鼠前成骨细胞MC3T3-E1在自组装多肽水凝胶支架中的成骨分化

目的研究MC3T3-E1细胞在自组装多肽水凝胶支架上的生长和成骨分化。方法在多肽水凝胶支架RA-DA16上接种MC3T3-E1细胞,荧光染色观察细胞形态和存活情况;组织化学染色检测MC3T3-E1细胞碱性磷酸酶活性以及细胞外钙质沉积;RT-PCR分析成骨特异性基因的表达。结果MC3T3-E1细胞在水凝胶支架RADA16上粘附铺展良好,呈纺锤样形态。诱导培养后支架上的细胞有较高水平的碱性磷酸酶表达和矿化基质沉积。此外,骨分化特异性基因骨桥蛋白和骨涎蛋白也有表达,且表达量随培养时间的延长而增多。结论在自组装水凝胶内MC3T3-E1细胞可向成骨方向分化,并能在凝胶内产生矿化的细胞外基质。

一种溶酶体靶向的原位自组装短肽设计及抗肿瘤活性研究

肿瘤已成为威胁人类生命的一大杀手,目前主要采用手术和放、化疗等手段进行治疗,但由于放、化疗的细胞选择性差、毒副作用明显且易引起肿瘤细胞产生耐受(/药)性,不利于肿瘤的持续治疗,因此亟待研发具有定向定位优势、毒副作用低的新型靶向药物.原位自组装多肽能识别肿瘤部位的特异性高表达物质,在肿瘤部位靶向性聚集形成稳定的纳米结构,实现精准和高效治疗,有望成为一种新型的抗肿瘤药物.本研究基于多肽原位自组装的设计理念,利用溶酶体内组织蛋白酶L的催化活性,设计了靶向溶酶体且能够原位自组装的多肽分子Fmoc-FFRIKFERQ-OH,研究了该分子的自组装特性及抗肿瘤活性.结果显示,在体外酸性条件下,组织蛋白酶L能精准切割Fmoc-FFRIKFERQ-OH分子,其酶切产物FmocFFR-OH自组装形成长纳米纤维结构,对肿瘤细胞A375和SH-SY5Y均具有较好的杀伤作用.该分子通过靶向溶酶体杀伤肿瘤细胞且对正常细胞的毒性较低,有望成为一种新型的抗肿瘤药物.

联合细胞膜片和自组装多肽技术构建一种新型BMSCs膜片-RADA16组织工程复合体的研究

目的:联合细胞膜片和自组装多肽技术构建一种新型BMSCs膜片-RADA16组织工程复合体。方法:利用BMSCs膜片包裹自组装多肽RADA16支架材料构建BMSCs膜片-RADA16组织工程复合体。用扫描电镜和激光共聚焦显微镜观察复合体形貌及细胞形态、CCK-8测定细胞增殖情况、RT-PCR技术检测自组装多肽支架对细胞成骨分化相关基因表达的影响。结果:与BMSCs膜片相比,复合体的BMSCs在第3～8天细胞迅速增长,数量超过BMSCs膜片组(P <0. 05); RT-PCR结果显示,复合体的成骨相关基因表达水平高于BMSCs膜片组(P <0. 05)。结论:BMSCs膜片-RADA16组织工程复合体能够促进BMSCs的增殖和成骨分化。

壳聚糖/功能性自组装多肽复合支架的制备及神经再生研究

利用天然生物交联剂京尼平交联壳聚糖(CS)和功能性自组装多肽(F-SAP),经冷冻干燥制备了不同配比的CS/F-SAP复合支架;通过比较复合支架的微观形貌、孔隙率、力学性能和吸水率确定复合支架的最佳配比,并通过研究复合支架对神经干细胞分化的影响探究其对神经再生的作用。结果表明,CS/F-SAP复合支架具有多孔结构;20 mg·mL^-1的CS溶液与10 mg·mL^-1F-SAP溶液最佳体积比为1∶1,该条件下制备的CS/F-SAP复合支架能够促进神经干细胞向神经元方向分化,促进神经再生。