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翌圣鬼笔环肽产品助力临床材料研究

2021年7月10号,苏州大学附属第一医院耿德春课题组在《Bioactive Materials》(IF=14.593)发表题为“Rational integration of defense and repair synergy on PEEK osteoimplants via biomimetic peptide clicking strategy”的研究论文,该研究提出并开发了一种受贻贝启发的仿生多肽涂层,提高了以聚醚醚酮(PEEK)为原材料的骨植入物的植入物-骨界面整合能力和抗感染能力,为惰性医疗植入物整合多种生物功能,满足临床需求提供了一个有前景的解决方案。

图1.包被多肽的PEEK材料显示出抗感染和骨诱导双重效果.png
图1.包被多肽的PEEK材料显示出抗感染和骨诱导双重效果

研究背景


聚醚醚酮(PEEK)是一种特殊工程材料,其具有接近皮质骨的机械性能和生理环境的骨外稳定性,已被广泛应用于骨科和颌面外科手术。然而,传统的PEEK材料存在骨整合不足和术后细菌感染的问题,给患者和整个社会带来沉重负担。因此,由PEEK制成的骨科假体需要进一步功能化,以改善植入物周围的成骨性和抗感染活性。


研究内容





仿生修饰的PEEK材料构建?

研究人员首先合成了受贻贝启发的可点击肽(DOPA)6-PEG5-Azido。既用丙酮酸保护的Fmoc-DOPA(丙酮)-OH将3,4-二羟基-L-苯丙氨酸(DOPA),将一种富含贻贝足蛋白(Mfps)的儿茶酚氨基酸引入到肽序列中,并和具有一个赖氨酸间隔的六价DOPA单元和与聚乙二醇(PEG)连接的叠氮基整合在一起,获得了可点击的儿茶酚肽(DOPA)6-PEG5-Azido,通过生物正交反应偶联抗菌肽(DBCO-AMP)和成骨生长肽(DBCO-OGP),获得不同比例的双肽修饰的PEEK材料。

图2.可点击的贻贝肽模拟物和两个 DBCO封端的生物活性肽的分子结构及使用仿生肽点击策略激活 PEEK 的过程.png
图2.可点击的贻贝肽模拟物和两个 DBCO封端的生物活性肽的分子结构及使用仿生肽点击策略激活 PEEK 的过程



修饰PEEK材料的生物学功能检测?

细胞相容性和抗感染性是植入材料可用性的前提条件,研究人员发现有涂层的PEEK材料表现出了和骨髓源的间充质干细胞(BM-MSCs)的良好相容性,且AMP偶联的PEEK材料表现出了良好的抗菌效果

理想的骨植入物应该能提供足够的成骨活性,实现稳定的骨-植入物的整合。研究人员在不同的PEEK表面培养BM-MSCs 4-14天后检测成骨细胞的成骨分化,结果显示所有肽修饰的PEEK材料都能明显的诱导细胞成骨分化,且OGP偶联的PEEK材料表现出更好的成骨诱导活性。免疫荧光检测不同PEEK表面的BM-MSCs的骨钙素(OCN,成骨分化标志物)(图3).

图3.不同组别的BM-MSCs细胞在成骨诱导7天后的联合免疫染色图像:红色(肌动蛋白),绿色(OCN)和蓝色(细胞核)。.png
图3.不同组别的BM-MSCs细胞在成骨诱导7天后的联合免疫染色图像:红色(肌动蛋白),绿色(OCN)和蓝色(细胞核)。

体外实验表明偶联肽的PEEK材料表现出了良好的抗感染及成骨诱导活性,说明PEEK表面仿生涂层偶联AMP和OGP的策略是可行的,体内实验中,偶联肽的PEEK材料同样也表现出了良好的抗感染能力和成骨诱导活性。


研究结论


总之,研究人员开发了一种升级的受贻贝启发的表面策略,通过使用具有可点击叠氮基末端的 Mfps模拟肽实现PEEK骨植入物的多功能化。总的来说,生物正交化学和贻贝粘附机制的结合可以培育出更好的类贻贝表面化学,这可能是惰性医疗植入物表面生物工程的一个有前景的解决方案,特别是对于多种生物功能的合理整合以满足临床需求。


作者信息


苏州大学附属第一医院骨科博士研究生李蒙,柏家祥和硕士研究生陶华强是本文并列第一作者,中科院深圳先进院王怀雨教授,江苏大学潘国庆教授和苏州大学附属第一医院耿德春教授是本文的共同通讯作者。

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订购信息


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40734ES75

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785.00

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Phalloidin 鬼笔环肽

40774ES03

1mg

5788

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参考文献

Meng  Li, Jiaxiang Bai, Huaqiang Tao, Li Hao, Weiling Yin, Xiaoxue Ren, Ang  Gao, Ning Li, Miao Wang, Shiyuan Fang, Yaozeng Xu, Liang Chen, Huilin  Yang, Huaiyu Wang, Guoqing Pan, Dechun Geng, Rational integration of  defense and repair synergy on PEEK osteoimplants via biomimetic peptide  clicking strategy, Bioactive Materials, ISSN 2452-199X,  https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.07.002.


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