上海交大王新灵教授团队开发出酶促聚肽水凝胶及用作三维组织支架材料

近日，上海交通大学高分子系王新灵教授课题组在生物材料领域知名期刊ACS Applied Bio Materials（《美国化学会应用生物材料》）上发表关于原位形成的自由可塑聚肽三维组织支架材料的研究成果，论文题为“Fabricationof a Controlled in Situ Forming Polypeptide Hydrogel with a Good Biological Compatibility and Shapeable Property”。第一作者为博士生雷昆，高分子系教授王新灵为本文通讯作者。

聚肽凝胶材料因其良好的生物相容性、生物降解性及独特的二级结构等优点，受到国际范围的广泛关注，被广泛应用于药物传输载体、基因转染、组织工程支架等。优化成胶方式使其凝胶条件温和、时间可控、形式自由多样引起了许多学者的研究兴趣。

图1. 基于酶催化的聚肽水凝胶的构建

本研究通过经典的NCA开环聚合得到分子量可控的聚肽，然后利用酪酸接枝修饰，得到基于HRP/H2O2酶体系催化的原位聚肽凝胶。

图2. HRP, H2O2,聚合物浓度对聚肽成胶时间的影响

酶催化反应是一种高效、温和的化学反应，通过酶促反应构建得到的聚肽凝胶成胶时间可控，通过改变HRP/H2O2/聚合物浓度等均可对成胶时间进行灵活调节，其成胶时间可以在十几秒到几分钟的范围内变化。这种成胶时间灵活可调的性能赋予聚肽凝胶不同的应用需求。

图3. 聚肽凝胶的可注射性及可塑性

基于酶促成胶的温和性及可控性，该凝胶体现出自由可塑性及可注射性，通过不同的模具可以快速成型得到不同形式的凝胶体，此外通过混动双联注射器可以注射得到不同的凝胶图案，如图3所示。

图4. 左图为细胞培养1天，3天后的凝胶的激光共聚焦照片；右图为1天，3天后的凝胶表面细胞数量

此外，MTT及细胞黏附实验表明，聚肽水凝胶材料的生物相容性优异，可以作为细胞三维支架载体，实现细胞的增殖生长，这是传统聚合物凝胶材料所不具备的优势。

值得注意的是，基于凝胶体系中尚未完全修饰的氨基基团，我们可以通过简单的酰胺化反应，对聚肽凝胶实现功能化修饰，如图5为罗丹明B修饰后的聚肽凝胶。此外，氨基也可以与许多诸如醛基，马来酸酐等反应来实现不同的功能化需求，基于这种功能化特性，该聚肽凝胶可以灵活修饰各种药物分子或蛋白分子。

图5. (a)罗丹明功能化后的聚肽凝胶的激光共聚焦图；(b)不同功能化时间凝胶中的罗丹明的吸收曲线；(c)不同功能化时间凝胶中的罗丹明的含量；(d)功能化前后聚肽凝胶的示意图。

该研究工作通过选用生物相容性优异的聚肽为基体，通过高效、温和、可控的酶促反应获得了一种快速成胶、自由成型、可功能化修饰的生物医用材料，有望为新一代生物医用材料的开发和应用提供重要参考。

本研究得到国家自然基金委、上海市登峰学科领导项目经费的支持。上海交通大学郑震副教授及碳材料研究院孙云龙博士提供了论文写作指导及测试合作，在此一并表示感谢。

全文链接（点击可查阅原文）：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsabm.9b00157