AFM：用于骨再生的自愈絲素水凝膠：動態(tài)金屬配體自組裝方法
一、文章概述
盡管絲素蛋白(SF)水凝膠的開發(fā)取得了進(jìn)展，但目前用于SF凝膠化的方法具有明顯的局限性，例如缺乏可逆交聯(lián)、使用非生理?xiàng)l件以及難以控制凝膠化時(shí)間。本研究開發(fā)了一種基于動態(tài)金屬配體配位化學(xué)的方法，以SF微纖維(mSF) 與多糖粘合劑之間的結(jié)合組裝SF水凝膠。所制備的SF水凝膠表現(xiàn)出剪切稀化和自主自愈的特性，從而能填充不規(guī)則形狀的組織缺損且不會產(chǎn)生凝膠碎裂。使用生物礦化方法生成磷酸鈣包覆的mSF，其被粘合劑的雙膦酸鹽配體螯合可以實(shí)現(xiàn)可逆交聯(lián)。此外，通過粘合劑的丙烯酰胺基團(tuán)的光聚合反應(yīng)可獲得堅(jiān)固的雙交聯(lián)(DC)水凝膠，該水凝膠無需提供任何額外形態(tài)發(fā)生因子便能實(shí)現(xiàn)體外干細(xì)胞增殖并加速顱骨臨界尺寸缺陷的骨再生。綜上，本研究開發(fā)的自修復(fù)和可光聚合SF水凝膠具有可注射性和適合形狀成型的優(yōu)點(diǎn)，在骨再生應(yīng)用中具有巨大的潛力。
二、圖文導(dǎo)讀
圖1.用于骨再生的自修復(fù) SF 基水凝膠的制備示意圖。
圖2. CaP@mSF 的表征；a) FTIR 分析，b) XRD 分析，c) CaP@mSF的TGA曲線。
圖3.基于透明質(zhì)酸 (HA) 的生物聚合物粘合劑的合成。
圖4. HA-BP·CaP@mSF水凝膠的制備及其自修復(fù)性能；a）CaP@mSF分散體和SF基水凝膠的圖像；b) 水凝膠切割成碎片和將切割碎片連接在一起后的圖像；c）水凝膠在交替剪切應(yīng)變變形下的儲能模量；d）剪切應(yīng)變過程中由凝膠向液體的轉(zhuǎn)變。
圖5 a) 五星形模具中形成的Am-HA-BP·CaP@mSF 水凝膠；b) Am-HA-BP·CaP@mSF 水凝膠二次光交聯(lián)前后的力學(xué)性能比較；c) SF 基水凝膠在光交聯(lián)前后的溶脹。
圖6 .DC Am-HA-BP·CaP@mSF和Am-HA-BP+mSF水凝膠表面hMSCs的形態(tài)和相關(guān)成骨基因表達(dá)；a) 在第14天使用鈣黃綠素AM進(jìn)行活細(xì)胞成像；b)在第14天使用環(huán)肽-TRITC（紅色）和Hoechst（藍(lán)色）對細(xì)胞進(jìn)行熒光染色；c) 第14天hMSCs 在水凝膠上的成骨標(biāo)志物和生長因子VEGF的相對基因表達(dá)。
圖7. DC AM-HA-BP·CaP@mSF水凝膠植入大鼠顱骨嚴(yán)重缺損模型后新骨形成。
三、全文總結(jié)
本研究通過態(tài)金屬配體配位化學(xué)實(shí)現(xiàn)了具有剪切稀化和自主自愈特性的SF水凝膠的原位組裝。為了完成SF水凝膠的模塊化組裝，本研究使用“自上而下”的方法制備了200 μm 長和10 μm 直徑的 mSF，并在溫和的生物礦化條件下用 CaP顆粒包被，從而產(chǎn)生了CaP@mSF。這些礦化的mSF與雙膦酸鹽修飾的 HA-BP 結(jié)合而固定在混合水凝膠網(wǎng)絡(luò)中。由于粘合劑上的BP基團(tuán)與 CaP@mSF 表面上的Ca2+離子之間的配位相互作用，HA-BP 充當(dāng)了 CaP@mSF 的天然聚合物粘合劑。這些相互作用的可逆特性賦予所得混合水凝膠剪切稀化和自愈特性。這種條件允許材料成型并且不會從預(yù)期的植入部位移位以及在注射時(shí)損壞水凝膠。此外，本研究設(shè)計(jì)了具有BP和可聚合丙烯酰胺（Am）基團(tuán)雙重功能化的HA粘合劑（即 Am-HA-BP），并將相應(yīng)的 Am-HA-BP·CaP@mSF 復(fù)合材料成型后暴露在紫外線下形成DC Am-HA-BP·CaP@mSF 水凝膠，該水凝膠具有十倍增強(qiáng)的儲能模量。將 DC Am-HA-BP·CaP@mSF 水凝膠植入大鼠的顱骨缺損處，可在不添加任何生長因子的情況下誘導(dǎo)體內(nèi)骨再生。這些發(fā)現(xiàn)意味著開發(fā)的自愈合和可光聚合的SF基水凝膠是一種很有前途的骨再生可注射支架，能夠填充不規(guī)則形狀的骨缺損。
文章鏈接：
DOI: 10.1002/adfm.20170059
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