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骨科生物材料研发技术的创新
时间:2017年02月04日 作者:佚名 编辑:admin 加入收藏

(1)项目组通过水溶液体系沉淀聚合和分子印迹技术相结合的方式成功制备出对模板蛋白溶菌酶具有温度响应性识别能力、粒径尺寸可调控的分子印迹水凝胶纳米粒子,并对分子印迹聚合物的形貌、化学组成以及不同温度下的分子识别性能进行了详细表征(中科院分区一区论文,Soft Matter, 2013, 9 (14), 3840-3850,图1)由于所得溶菌酶的印迹纳米粒子具有可控的粒径以及优异的温度响应性识别和释放性能,这一成果也将为极大地促进分子印迹技术在人工抗体、生物传感以及药物和蛋白可控传输领域的应用

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图1.水溶液沉淀聚合制备溶菌酶印迹纳米凝胶的示意图、温度敏感性能、温敏性识别能力、TEM 和 SEM

(2)细胞片层技术在无支架材料的组织工程领域具有重要的实际应用价值。研究者采用分子印迹技术合成了对细胞粘附肽RGDS具有温度响应性识别能力的分子印迹水凝胶薄层,通过特异性分子识别作用将RGDS 结合在其表面并用作细胞片的培养基材(图2)。这一创新性的研究成果发表在化学和材料学科顶级期刊《德国应用化学》,IF= 11.34,Angew. Chem.  E pan>2013, 52, 6907-6911)。研究结果显示,通过这种特异性分子识别作用结合的生物活性分子(RGDS肽)可以有效改进细胞培养基材表面的生物相容性,并能通过温度变化调控生物活性分子的吸附与释放,不仅可以有效促进细胞贴附和增殖,还能提高细胞片层与材料的分离效率。这一新颖的表面生物功能化的方式有效地解决了细胞片技术长期存在的挑战,即当前温敏性细胞片培养基材表面生物功能化的方式不能达到细胞培养时增强细胞粘附和细胞成熟时加快细胞片分离的统一,有效地克服了当前普遍采用的共价结合和物理吸附引入生物分子方式的不足,并最终达到减少种子细胞的用量、提高细胞利用率、缩短细胞片收获周期的目的。本研究有望加快推进细胞片组织工程技术在临床上的应用,而且对于改进目前细胞培养基材表面功能化生物活性分子的方式、拓展分子印迹技术在生物医学领域的应用均具有重要意义。

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图2.制备温度响应性识别 RGDS 肽的分子印迹水凝胶层的示意图、分子识别性能以及细胞在其表面的贴附生长和细胞片层分离状况。

(3)项目组针对细胞外基质的动态性能,采用多重可逆共价化学键的方式,实现了通过改变血糖浓度差别来调控细胞粘附性能的效果。这一创新性的研究成果发表在化学和生物化学学科顶级期刊《美国化学会志》上,IF=11.67(J. Am. Chem. Soc.2014,136 (17),62036206.)研究表明,细胞在这类生物界面的粘附行为可以通过改变细胞培养基中的糖浓度来实现,而且这一动态的过程表现出细胞外基质的可逆性。这一成果对于细胞生物学的基础理论研究以及再生医学领域的人工细胞外基质的设计和发展具有重要的指导作用。

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图3. 通过多重可逆共价键的方式动态结合细胞粘附肽以及通过糖浓度的变化来调节细胞的粘附性能

(4)近年来,对外界环境敏感的智能材料,如温度敏感、电敏感、磁性、pH敏感以及光敏感材料等,均被用于低损伤或无损伤的收获细胞片层,因而在细胞治疗技术、再生医学领域,特别是无支架材料的组织工程领域显示出极大的潜力。然而,由此类智能材料制备而来的细胞培养基材在用于细胞片层收获时却存在各自的不足。因此,开发和使用更多新颖的对外界环境敏感的细胞培养基材,对丰富细胞片收获方式以及克服当前不足均有极大的实际应用价值。项目组采用葡萄糖和温度双敏感性的聚合物材料,即含有苯硼酸基团的聚N-异丙基丙烯酰胺聚合物水凝胶层,通过改变细胞培养基中糖浓度和温度来共同实现材料表面性能变化,以达到低损伤或无损伤收获细胞片层的目的。这一新的收获细胞片层的方式不仅可以更加有效加快细胞片层的分离,而且还可以在减少温度的降低幅度或不改变温度的条件下收获细胞,有利于克服由温度降低带来的不利于保持细胞活性的缺点。本课题的研究,有望改进目前低损伤或无损伤收获细胞片层技术的不足、拓展当前收获细胞片层的手段,而且对于推进细胞片组织工程技术在临床上的应用具有重要意义。论文已经发表在化学材料领域top期刊,Chemical Communications,并被编辑部选为Back cover重点报道。Chem. Commun., 2015,51, 644-647. IF=6.7

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图4. Cover picture