近日，西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃楠、楊志祿教授及其合作者，以西南交大為第一通訊單位在《美國科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）上發(fā)表題為“Bioclickable and mussel adhesive peptide mimics for engineering vascular stent surfaces”(DOI: 10.1073/pnas.2003732117)的研究論文。
自Haeshin Lee等科學(xué)家在2007年首次報(bào)道海洋貽貝靈感表面化學(xué)（mussel-inspired surface chemistry）的多功能聚多巴胺涂層（polydopamine coating）以來，基于鄰苯二酚的“material-independent”化學(xué)表面改性策略在生物醫(yī)學(xué)、能量儲存和環(huán)境科學(xué)等幾乎所有的科學(xué)和工程領(lǐng)域都產(chǎn)生了重要的影響。值得一提的是，該表面化學(xué)手段在用于生物醫(yī)用材料表面功能化時(shí)，通常需借助生物分子的活性基團(tuán)（如：氨基或巰基）和鄰苯二酚基團(tuán)的反應(yīng)（如麥克加成或席夫堿反應(yīng)），除了極易造成生物分子的活性降低，還具有表面反應(yīng)不徹底、分子取向隨機(jī)以及多分子修飾不可控性等缺點(diǎn)。
最近，西南交通大學(xué)黃楠/楊志祿教授聯(lián)合江蘇大學(xué)潘國慶教授、香港理工趙昕教授，從海洋貽貝粘附蛋白的分子結(jié)構(gòu)和粘附功能出發(fā)，仿生設(shè)計(jì)合成出具有鄰苯二酚側(cè)基和疊氮端基的多肽模擬物，巧妙地將將貽貝足蛋白分子的廣譜粘附機(jī)制和生物正交點(diǎn)擊化學(xué)（bioorthogonal click chemistry）的特異性分子修飾相結(jié)合，并用于心血管類支架材料的表面改性，以期解決心長期困擾著心血管支架在長期植入過程中會出現(xiàn)再狹窄和晚期血栓的一個(gè)重要臨床醫(yī)學(xué)問題(圖1)。
由于貽貝足蛋白的分子粘附機(jī)制（共價(jià)/非共價(jià)協(xié)同作用），這種新型貽貝多肽模擬分子可以通過鄰苯二酚/金屬的配位作用穩(wěn)定結(jié)合在血管支架材料上，從而得到可生物點(diǎn)擊的疊氮化材料表面。相比如傳統(tǒng)聚多巴胺涂層，疊氮化表面可以通過生物正交反應(yīng)特異性結(jié)合偶聯(lián)二芐基環(huán)辛炔(DBCO)修飾的生物活性配體，可避免聚多巴胺表面涂層二次生物修飾過程中生物活性降低、分子取向無序的不足。而且，由于點(diǎn)擊化學(xué)的特異性和徹底性，該方法還具備多分子可控共修飾的優(yōu)勢。
為了證實(shí)這種改進(jìn)的貽貝靈感表面功能化策略在促進(jìn)內(nèi)皮再生、抑制血管支架內(nèi)膜增生和再狹窄方面的優(yōu)勢，作者概念性展示了血管支架表面雙功能涂層的構(gòu)建，即，構(gòu)建出可特異性識別捕獲內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPC)和可自催化產(chǎn)生一氧化氮(NO)的雙功能涂層(圖1)。
論文中，作者借助貽貝仿生多肽的表面粘附機(jī)制和生物正交點(diǎn)擊反應(yīng)將不同組分的EPC靶向肽和NO催化劑高效地接枝在血管支架表面上，并通過簡單地調(diào)節(jié)投料比例優(yōu)化雙功能涂層的組分，得到了具有最顯著抗凝血、抑制平滑肌細(xì)胞增殖遷移、促進(jìn)內(nèi)皮祖細(xì)胞貼附和定向分化為內(nèi)皮細(xì)胞的支架表面。
體內(nèi)研究進(jìn)一步顯示，通過可生物點(diǎn)擊的貽貝仿生多肽優(yōu)化之后的雙功能血管支架可有效快速地促進(jìn)血管支架表面的內(nèi)皮化(第1周)。在長期植入情況下(第4-12周)，表面接枝有優(yōu)化雙功能組分的血管支架可以顯著地抑制內(nèi)膜增生和支架的再狹窄(圖2)。
這項(xiàng)研究最直接的意義是為心血管植入器械表面多功能仿生設(shè)計(jì)提供了理論支撐和指導(dǎo)；從應(yīng)用的價(jià)值來看，該項(xiàng)工作將生物正交化學(xué)的特異性分子修飾和貽貝分子粘附的普適性有效結(jié)合，通過快速促進(jìn)內(nèi)膜再生修復(fù)，有望顯著降低/解決臨床血管支架在應(yīng)用中面臨的支架內(nèi)再狹窄我晚期血栓等并發(fā)癥的發(fā)生。
楊志祿教授和香港理工大學(xué)趙昕教授為該論文第一作者，黃楠教授和江蘇大學(xué)潘國慶教授同為該論文的通訊作者；西南交通大學(xué)材料先進(jìn)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文的第一通訊單位。該研究工作的發(fā)表得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
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