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。

自组装多肽纳米纤维支架诱导骨髓间充质干细胞定向分化

组织工程是现代修复重建医学领域的新思路,生物支架和种子细胞是组织工程两大关键要素。自组装多肽纳米纤维支架(SAPNS)是两亲性多肽(PAs)分子在一定条件下自组装成的一类具有三维网状结构的新型生物支架,其结构、生物功能、机械力学等特性类似天然细胞外基质(ECM),其内部经功能化修饰的抗原表位以高浓度呈递在纳米纤维表面并高效选择性地调控种子细胞生物学行为。种子细胞是组织成功再生的必需条件,骨髓间充质干细胞(BMSCs)因其良好的自我更新和多向分化潜能成为了组织工程最佳候选细胞。体外实验表明经特异功能化修饰的SAPNS在有/无辅助因子条件下可促进BMSCs黏附、增殖、迁移和定向分化,动物模型体内实验发现SAPNS结合BMSCs构建的组织工程移植物可修复缺损部位的组织结构和功能,故其在修复重建医学中有良好的应用前景。对SAPNS、自组装、BMSCs、SAPNS诱导BMSCs定向分化等方面进行了综述。

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。

人转化生长因子β3基因转染KLD-12自组装纳米肽纤维支架三维培养前软骨干细胞

背景:作者前期试验证实了外源性细胞因子人转化生长因子β3具有很强的诱导前软骨干细胞向成熟软骨分化并促进其增殖的能力。国外的研究均证实了在自组装肽纳米纤维支架中三维培养有利于软骨源性干细胞的增殖与分化。目的:将人转化生长因子β3基因转染于三维培养于KLD-12肽纳米纤维支架内的前软骨干细胞中,并比较其与二维培养前软骨干细胞转染效率的差异。方法:以免疫磁珠分选法获取并纯化前软骨干细胞,将其种植于KLD-12肽纳米纤维支架内,使用xfectTM stem纳米干细胞转染试剂将人转化生长因子β3基因分别转染入KLD-12三维支架内培养的前软骨干细胞和普通二维培养基培养的前软骨干细胞,通过免疫荧光和反转录-聚合酶链反应法测定转染后48h不同组别转化生长因子β3基因的表达情况,并利用酶联免疫吸附法测定转染后不同时间细胞培养上清液中转化生长因子β3的质量浓度。结果与结论:免疫荧光结果显示,KLD-12三维支架内培养的前软骨干细胞转染后转化生长因子β3阳性细胞率明显高于普通二维培养基内前软骨干细胞(P<0.05),与反转录-聚合酶链反应法检测结果相同。酶联免疫吸附法测定结果显示,转染24h前软骨干细胞上清液中转化生长因子β3蛋白水平呈上升趋势,72h后达到峰值,随后稍下降进入平台期。提示人转化生长因子β3基因在三维培养于KLD-12肽纳米纤维支架内前软骨干细胞中的转染效率高于普通二维培养基培养的前软骨干细胞。

由D型氨基酸设计自组装短肽D-EAK16构建新型三维纳米纤维支架材料

采用D型氨基酸设计自组装短肽D-EAK16,运用圆二色仪及原子力显微镜等仪器和细胞三维培养,发现短肽D-EAK16在30℃时具有稳定的二级结构β-sheet,在一定浓度下D-EAK16可形成由纳米纤维构成的透明水凝胶,含水量高达99%,可在细胞培养基(如PBS,DMEM)中形成支架.细胞三维培养显示,该水凝胶对细胞HO-8910和SPC-A-1的生长未见毒性.比较D型氨基酸纳米支架和L型氨基酸纳米支架,细胞的毒性未发现显著性差异.采用D型氨基酸构建的自组装短肽,可提供一个三维基质培养系统,期望能广泛应用于生物医学工程等领域.

载抗菌肽壳聚糖/骨粉/纳米微晶纤维素颌骨修复支架的理化性能

背景:单一生物材料较难达到理想骨组织工程支架材料的标准,多种生物材料复合及优势互补是构建出理想支架的有效途径。目的:构建出新型颌骨修复支架,并检测其关键理化性能。方法:采用冷冻干燥法制备羧甲基壳聚糖/骨粉/纳米微晶纤维素/抗菌肽颌骨修复支架,观察分析支架的微观结构,测定支架的抗拉强度、断裂伸长率,评估支架的吸水率、体外降解率、热稳定性和抗菌肽缓释作用。结果与结论:①扫描电镜下可见,制备的颌骨修复支架具有均匀多孔网状结构,平均孔径为114.9μm,支架的吸水率为(698.8±53.8)%,支架的断裂伸长率介于8%-10%,抗拉强度介于0.7-0.9 MPa,应力-应变关系与自然的软骨组织相类似;②热重曲线显示,在200℃以下,颌骨修复支架材料轻微失重;在200-400℃之间,支架材料明显失重;在600℃以上时,支架材料失重严重;③体外药物释放结果显示,该支架在最初的12 h内释放出(58.40±1.79)%的抗菌肽,12 h后药物释放率下降,近20%的抗菌肽在6 d后仍未释放,有利于药效持续稳定;④将支架分别浸泡于PBS与含溶菌酶的PBS中,在28 d时,无溶菌酶与含溶菌酶条件下的支架降解率分别为70%,85%;⑤结果显示,载抗菌肽的羧甲基壳聚糖/骨粉/纳米微晶纤维素支架具有良好的吸水性能、热稳定性、降解性能与机械性能。

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。

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。

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。

自聚肽纳米纤维支架承载骨髓源性心肌干细胞移植治疗心肌梗死的实验研究

目的探讨自聚肽纳米纤维支架承载骨髓源性心肌干细胞(MCSC)移植对大鼠心肌梗死后心功能恢复的影响,寻找一种更适合承载心肌干细胞治疗心肌梗死的可注射性生物材料。方法通过单细胞克隆培养技术,从骨髓间充质干细胞中筛选具有心肌特异分化潜能的MCSC,固相合成自聚多肽。将雌性大鼠心肌梗死模型随机分为3组:对照组、MCSC移植组、支架承载MCSC移植组。细胞移植后4周,用M型超声心动图检测心功能恢复情况;对心脏组织切片进行Masson染色,利用图像分析检测胶原纤维比率;用原位荧光杂交法标记心肌组织中Y染色体细胞,并检测其心肌肌钙蛋白T(cTnT)的表达。结果支架承载MCSC移植组与MCSC移植组相比,大鼠的心功能指数明显提高,胶原纤维比率明显减小,Y染色体阳性细胞数明显增多,差异均具有统计学意义。结论支架承载MCSC移植治疗心肌梗死,有利于移植细胞在受损心肌内的存活和向功能性心肌分化,并促进心功能恢复,其疗效优于单纯干细胞移植。

自聚肽纳米纤维支架对骨髓源性心肌干细胞的作用研究

目的研究白聚肽纳米纤维支架对骨髓源性心肌干细胞（MCSCs）生长和存活的作用。方法设计和同相合成自聚肽，扫描电镜和原子力显微镜下观察其白组装后的形态结构和与MCSCs的相互关系；通过CCK-8法和免疫荧光染色检测纳米纤维支架对MCSCs增殖和分化情况。结果1％多肽溶液自组装成直径约10nm，长度为100～300nm纳米纤维，并相互交织成孔径为50～200nm的网状结构；MCSCs在纤维支架中培养1d后，可见细胞呈长梭形，位于三维纳米纤维支架的网孔中，生长状态良好；生长曲线显示细胞在纤维支架中的增殖能力明显高于对照组；MCSCs在纤维支架中诱导培养4周时，形态和排列方式均发生明显改变。结论纤维支架与MCSCs有良好生物相容性，纤维支架有利于MCSCs的生长和定向分化。

自组装纳米纤维支架在神经组织工程中的应用进展

神经系统损伤后由于局部生理环境改变,胶质瘢痕形成,使得神经无法穿越损伤区域而使神经再生困难[1],进而造成感觉、运动功能的丧失,或者神经性疼痛。神经组织工程是目前神经损伤治疗的一个重要手段,

RGD多肽纳米纤维凝胶的自组装及其与脂肪干细胞生物相容性

目的研究精氨酸-丙氨酸-天门冬氨酸(RGD)多肽纳米纤维凝胶在体外的自组装及其与脂肪干细胞的生物相容性。方法固相法合成含RGD序列的多肽,加入含0.5mol/L Ca2+的DMEM诱导其自组装,透射电镜观察自组装效果。将其与体外分离培养的大鼠脂肪干细胞复合培养,倒置显微镜下观察细胞的生长情况,Calcein-AM/PI染色计数活细胞比例,CCK-8试剂盒检测RGD多肽纳米纤维凝胶对大鼠脂肪干细胞增殖的影响。结果 RGD多肽在Ca2+诱导下可自组装形成水胶体,透射电镜观察其微观结构为直径10nm左右的纳米纤维,长度可达数百纳米。对大鼠脂肪干细胞生长增殖未见负面影响。结论 RGD多肽纳米纤维凝胶具有良好的生物相容性。

基于短肽自组装与共组装的纳米纤维人工水解酶

将水解酶活性中心催化三联体氨基酸(His/Ser/Asp)引入9-芴亚甲氧羰基苯丙氨酸二肽(Fmoc-FF)双亲短肽序列中,利用短肽的自组装性能,构建了具有对硝基苯酚乙酸酯水解活性的超分子纳米纤维人工水解酶.研究结果表明,形成规则的纳米纤维结构是获得催化活性的必要条件.9-芴亚甲氧羰基(Fmoc)基团间的弱相互作用促使β-折叠二级结构的形成.通过对比天然水解酶的米氏动力学方程、最适催化温度及p H结果可知,所制备的超分子纳米纤维人工水解酶具有与天然酶相似的酶学性质.金属离子Ca2+和Ba2+对人工水解酶活性具有激活作用,而Mg2+,Ni2+,Co2+,Cu2+和Zn2+则抑制酶活性.

新型纳米自组装短肽KVDV-16作为生物支架材料的可行性

背景:设计合成和构建纳米生物材料如纳米自组装短肽是以一种"从下而上"的方式完成,其在生物医学工程方面潜在的应用价值引起了众多研究团队越来越广泛的兴趣。目的:初步探讨纳米自组装短肽KVDV16水凝胶在细胞三维培养方面的可行性。设计、时间和地点:体外观察实验,于2007-11/2008-11在四川大学纳米生物医学技术与膜生物学研究所纳米生物实验室进行。材料:短肽KVDV16(纯度为95%,为了保护肽的两端,对其N端和C端分别进行乙酰化和酰胺化);人肝细胞系L-02和肝癌细胞系SMMC7721。方法:圆二色谱仪和傅里叶红外光谱检测短肽KVDV16水凝胶在不同理化条件下的二级结构;原子力显微镜检测其水凝胶形成的纳米级结构特征;扫描电子显微镜观察其形成的纳米三维支架。主要观察指标:β折叠二级结构,纳米纤维结构特征,细胞在肽支架材料中的生长、增殖情况。结果:短肽KVDV16形成的β折叠二级结构在高温下很稳定。在不同的pH(3,7,10)甚至变性剂1%十二烷基磺酸钠的作用下,β折叠二级结构也只发生轻微的变化。原子力显微镜证实其由纳米纤维结构组成。L-02和SMCC7721细胞进入了KVDV16支架材料,镶嵌在纳米纤维网中,并很好地在此三维环境中生长。结论:实验设计的短肽KVDV16是对自组装系统的一个补充,此短肽表现出来的性质使其能发展成为组织工程中细胞培养的三维支架材料。

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。

一种纳米多肽材料的自组装结构与机制研究

利用天然蛋白质氨基酸有序排列设计具有功能性的多肽纳米材料近年来引起了人们极大的兴趣,但对多肽材料的自组装机制研究却很少报道.本文中为研究多肽自组装机制,设计了一种新型多肽材料Arg-Ala-Asp-Ala-Gly-Ala-Gly-Ala-Arg-Ala-Asp-Ala-Gly-Ala-Gly-Ala,利用原子力显微镜等技术对多肽的自组装结构以及纳米结构重组装过程进行了实时观察,研究了其自组装机制,预测了其自组装模型,为进一步研究此类多肽材料的理化性质及实际应用提供了理论基础和数据支持.

楔形短肽表面活性剂A_3V_3D纳米自组装结构的表征及机理研究

通过对传统短肽表面活性剂氨基酸序列的改良,设计了具有楔形几何结构的新型短肽表面活性剂A3V3D.圆二色谱(CD)分析表明,该短肽的二级结构为无规则卷曲,透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)表征发现,该短肽在水溶液中能够发生有序的自组装,形成稳定的光滑平直的纳米纤维.芘探针荧光光谱分析显示,该短肽形成了疏水区并将芘分子包裹其中.由此推测A3V3D在其楔形几何结构的影响下,以柱状胶束的形式发生自组装,是一种新型的自组装短肽材料,说明了几何形状效应在控制短肽的自组装行为中起着关键作用.

肽自组装纳米材料的研究进展

近年来,多肽分子自组装作为合成一系列新型纳米材料的有效途径受到了广泛关注和研究。通过分子自组装,多肽分子可结合成具有不同功能的蛋白质分子,从而可进一步设计成具有特殊结构和功能的纳米材料,在仿生医学、组织工程、药物缓释及生物材料表面工程等方面有着巨大的应用潜力。本文主要综述了肽自组装纳米材料的研究现状与制备方法。

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。