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Biomac专栏|含邻苯二酚的弹性样聚多肽作为组织粘合剂

今天给大家推荐的是最近刊于Biomacromolecules的一篇文章,题为Catechol-Functionalized Elastin-like Polypeptides as Tissue Adhesives,通讯作者为加州大学伯克利分校的Seung-Wuk Lee教授。

使用粘合剂比起手术线缝合,是一种更便利的方式,目前应用在手术切口、医疗美容等。临床上广泛使用的组织粘合剂主要是纤维蛋白和氰基丙烯酸盐。纤维蛋白封闭剂生物相容性好,但机械强度差;氰基丙烯酸盐粘合剂通过自由基聚合能够提供很强的结合,但生物相容性差,胶水中挥发性的{attr}2181{/attr}易引起炎症。

基于水凝胶的粘合剂相比其他材料能够更好地模拟组织的理化性质。水凝胶基质则以合成高分子材料或天然的多糖、蛋白质为主,前者易引发炎症且降解周期长,后者批次之间一致性难控制且有致敏的风险。商业可得的水凝胶粘合剂使用聚乙二醇、聚氨基甲酸酯或明胶、白蛋白、纤维素,柔韧性差、结合湿组织效果差,并且在37℃显示较高的水溶胀系数。因此作者致力于开发新的粘合剂克服上述局限性。

1. 水凝胶粘合剂原理图


为了开发柔韧性好的水凝胶,本文使用基因重组技术制备弹性样聚多肽(Elastin-like PolypeptidesELP)作为高分子链。基因重组的多肽链允许分子水平的定制,且能得到分子量单分散的材料,也能进一步化学修饰。弹性样聚多肽是五肽单元VPGXG的重复,具有柔韧性及热响应性,这里采用VPGVGVPGEG的组合,E作为后续化学修饰位点,数量、位置均可控。另一方面,蚌靠足丝蛋白可以粘附在许多有机的、无机的材料表面,足丝蛋白3,4-羟基苯丙氨酸含量极高,邻苯二酚残基可以与无机金属氧化物结合,也可以与众多含有氨基、巯基的氨基酸或合成聚合物结合。受蚌的启发,将邻苯二酚结构修饰到ELP上,则能提供链间交联点以及与组织结合的位点。如图1所示,作者采用[(VPGVG)2VPGEG(VPGVG)2]25与多巴胺结合,得到Cat-ELP,即水凝胶粘合剂材料。

2. 水凝胶粘合强度


作者随后进行了一系列实验,发现Cat-ELP确实能形成柔韧的水凝胶,且在37℃不会进一步发生溶胀。将水凝胶注射到小鼠皮下,观察10周,全程未见T细胞富集(CD3呈负信号),且第10周时几乎完全降解,表明该水凝胶的生物相容性很好。对ELP不同程度修饰多巴胺(50%75%100%),发现水凝胶的拉伸强度和剪切强度会随着邻苯二酚结构的增多而增大。特别值得一提的是,使用猪皮进行模拟实验,该水凝胶能使两块猪皮粘合并承受2 kg的重量。

综上,本文以含邻苯二酚的弹性样聚多肽制备水凝胶,发展了一种新型组织粘合剂,其兼顾了机械强度和生物相容性,克服了现有粘合剂的局限性。


作者 HYL 审校 WH

Lee, S.-W. et al., Biomacromolecules 2020, 21 (7), 2938-2948.

Link:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.0c00740


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