功能化自組裝肽水凝膠在細(xì)胞培養(yǎng)中應(yīng)用策略

越子豪

摘 要：在生命科學(xué)研究過(guò)程中，多肽自組裝屬于一種較為前沿的領(lǐng)域。多肽的水凝膠是一種新型生物材料，而且這一材料具有生物相容性好、容易設(shè)計(jì)合成以及制備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，而且這一生物材料具有較為廣闊的應(yīng)用前景。因此，本文針對(duì)功能化自組裝肽水凝膠在細(xì)胞培養(yǎng)中的應(yīng)用策略進(jìn)行深入分析和探討，供讀者參考。

關(guān)鍵詞：功能化;自組裝肽水凝膠;細(xì)胞培養(yǎng)

當(dāng)前我國(guó)科技發(fā)展較為迅速，人們的生活質(zhì)量和生活水平得到顯著提升。我國(guó)對(duì)于新型材料有著較為迫切的需求，當(dāng)前所擁有的材料無(wú)法更好地滿足社會(huì)需求，所以出現(xiàn)了水凝膠材料。所謂水凝膠指的就是具有三維空間且以水為分散介質(zhì)凝膠。多肽基水凝膠指的是將多肽大分子作為主要的構(gòu)件元件所形成的凝膠。這一材料被廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域、檢測(cè)領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中。多肽水凝膠的形成方式主要包括兩種，一種是通過(guò)化學(xué)交聯(lián)，這種方法的產(chǎn)物被稱(chēng)為化學(xué)凝膠。這種方法生產(chǎn)出的水凝膠強(qiáng)度更大。另一種指的是通過(guò)非共價(jià)值相互作用，例如靜電作用、范德華力以及氫鍵等作用力進(jìn)行有效結(jié)合，這就是大分子自組裝，這一產(chǎn)物通常被稱(chēng)為物力凝膠。

一、自組裝多肽水凝膠的制備方法

（一）多肽分子自身組裝形成水凝膠

通過(guò)多肽分子能夠構(gòu)成氨基酸序列，并對(duì)其進(jìn)行理性設(shè)計(jì)，可以使多肽分子之間通過(guò)范德華力、疏水作用力和肽鍵等自發(fā)組裝。如果能夠達(dá)到一定的濃度，就可以形成多肽水凝膠。例如，康艷晶等人于2012年通過(guò)氨水揮發(fā)調(diào)整溶液pH值的方法，將多肽鏈自組裝形成了智能水凝膠[1]。通常在常溫情況下，由于酸性和中性條件下的精氨酸帶正電，上述多肽鏈由于靜電斥力的因素?zé)o法形成凝膠，如果溶液呈現(xiàn)堿性，那么多肽鏈間的斥力就會(huì)較小，從而形成凝膠。除此之外，相關(guān)研究人員運(yùn)用天然蠶絲纖維良好的生物相容性設(shè)計(jì)和力學(xué)性能設(shè)計(jì)了相應(yīng)的多肽序列，并且運(yùn)用天冬氨酸和精氨酸之間存在的靜電相互作用自組裝制備水凝膠，這一水凝膠有良好的儲(chǔ)能模量，而且有較強(qiáng)的生物相容性。

（二）外源分子輔助多肽自組裝制備水凝膠

大部分的多肽鏈本來(lái)并沒(méi)有自組裝凝膠的性能，在此情況下，可以將橋連作用的分子通過(guò)向體系中引入，從而形成水凝膠。小分子表面活性劑、蛋白質(zhì)和金屬離子等都是常用的橋連劑。南開(kāi)大學(xué)的相關(guān)研究人員謝謝了一種新型的可自組裝成纖維素的多肽鏈Nap-GEFYGGGWWRESAI，但是這一纖維素?zé)o法形成水凝膠。所以研究人員在其中加入了一種蛋白質(zhì)將本來(lái)松散的纖維束更加緊密。相互鏈接逐漸成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[2]。在蘇州大學(xué)想要研究人員對(duì)表活性劑進(jìn)行研究，面月桂酰肌氨酸鈉對(duì)于誘導(dǎo)絲素蛋白形成水凝膠的影響，這一分析應(yīng)該在蛋白質(zhì)分子表面包裹，由于多肽表面的荷被屏蔽，減弱了分子之間存在的斥力，分子無(wú)規(guī)卷曲向β折疊結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，逐漸形成水凝膠，這種水凝膠的生物相容性較好，而且有一定的抗菌性，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中。在2011年有國(guó)外多名相關(guān)學(xué)者共同合成了多肽序列ZnBHP：IKVKIKVKVDPPTKIKVKIK，在這一多肽的末端包括一個(gè)非天然的氨基酸，這一氨基酸具有兩個(gè)羧基酸可以正常融合。在缺少金屬離子的溶液環(huán)境下，多肽通常會(huì)以非折疊狀態(tài)在緩沖溶劑當(dāng)中溶解。但是在含有Zn2+與多肽鏈末端的非天然氨基酸結(jié)合，能夠?qū)ζ渲械呢?fù)電荷進(jìn)行有效中和，從而使肽鏈呈現(xiàn)電中性，進(jìn)一步合成水凝膠。除此之外還有生物研究學(xué)者研究出了萘功能化的二肽，應(yīng)該先將其組裝成膠束，隨著溫度的提高，來(lái)自組裝成蠕蟲(chóng)的結(jié)構(gòu)。此時(shí)加入鹽離子，誘導(dǎo)水凝膠的形成。

二、功能化自組裝肽水凝膠在細(xì)胞培養(yǎng)中應(yīng)用策略

將多肽水凝膠應(yīng)用于細(xì)胞三維培養(yǎng)當(dāng)中，主要以下幾種方法。首先需要制作大量的多肽水凝膠，然后在水凝膠表面種植細(xì)胞，這種方法主要是用來(lái)對(duì)細(xì)胞向凝膠內(nèi)部遷移情況進(jìn)行觀察。除此之外，將多肽與細(xì)胞懸液混合，然后對(duì)PH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使材料凝膠化，然后逐漸將細(xì)胞包括在凝膠內(nèi)部。

（一）成骨細(xì)胞三維培養(yǎng)

將RADA自組裝多肽與活性片段ALK、PRG和DRG進(jìn)行有效復(fù)合。首先與RADA進(jìn)行一定比例的混合，得到功能化自組裝多肽支架材料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮砻鬟@幾種多肽都能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖[3]。除此之外，與RADA相比，功能化多肽支架材料可以提高成骨細(xì)胞骨涎白和堿性磷酸酶的表達(dá)，而且多功能化多肽可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行刺激，使其向里三維遷移。這些結(jié)果能夠表明，功能化自組裝多肽不僅能夠給骨質(zhì)細(xì)胞提供良好的三維微環(huán)境，還能夠有效誘導(dǎo)骨細(xì)胞分泌特異性蛋白，可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)當(dāng)中的骨組織修復(fù)方面，具有良好的發(fā)展前景。

（二）用于內(nèi)皮細(xì)胞三維培養(yǎng)

將活性片段PRG與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子模擬片段RGD和KLT共同接枝到RADA上，通過(guò)內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行三維培養(yǎng)，然后對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的血管化情況和增殖情況進(jìn)行觀察。與RADA相比，功能化自組裝多肽PAD/RAD、RAD/KLT能夠?qū)?nèi)皮細(xì)胞有更好的增殖。經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)踐研究表明，在三維原位培養(yǎng)下，內(nèi)皮細(xì)胞呈現(xiàn)出良好的生活狀態(tài)，同時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)細(xì)胞之間相互連接。還能夠通過(guò)三維微球的方法建立自組裝多肽材料和內(nèi)皮細(xì)胞的三維復(fù)合體。通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)多肽材料可以使內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生遷移。

（三）用于間充質(zhì)干細(xì)胞的三維培養(yǎng)

近些年人們逐漸提高了對(duì)干細(xì)胞治療組織工程的關(guān)注。干細(xì)胞移植治療在臨床試驗(yàn)當(dāng)中有良好的效果。但是，在治療過(guò)程中，最主要的問(wèn)題就是干細(xì)胞的數(shù)量和活性。而且受損的組織通常難以為干細(xì)胞提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，通常都需要商務(wù)材料來(lái)提供生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)干細(xì)胞的，同時(shí)也要保證干細(xì)胞的活性[4]。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐研究發(fā)展，成體干細(xì)胞的遷移是組織修復(fù)的基礎(chǔ)，所以對(duì)于干細(xì)胞千有著重要的影響。脂肪干細(xì)胞能夠向多肽水凝膠內(nèi)部遷移，可以表示，此類(lèi)材料和空氣網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并不會(huì)對(duì)干細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)造成阻礙和影響。但是功能短肽片段能夠影響干細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)。除此之外，在三維原味培養(yǎng)條件下，功能片段可以對(duì)脂肪干細(xì)胞的生長(zhǎng)因子分泌、形貌和增殖都造成影響。

三、結(jié)束語(yǔ)

總體而言，本文的多種自組裝多肽水凝膠進(jìn)行了分析，并提出了一些制作方法。這些方法不僅高效便捷，同時(shí)也給水凝膠材料賦予了一些新的性能，擴(kuò)展可凝膠的應(yīng)用范圍，使其在日常生活當(dāng)中有著廣泛的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鵬斌，車(chē)彪，張振興，等. BMSCs在功能化自組裝多肽水凝膠中定向分化神經(jīng)細(xì)胞研究[J]. 河北醫(yī)學(xué)，2015（4）：539-542.

[2]魯長(zhǎng)風(fēng)，楊淑慧，王沖，等. 兩種新型功能化自組裝多肽水凝膠的制備和體外研究[J]. 中國(guó)醫(yī)藥生物技術(shù)，2018，13（4）：313-318.

[3]羅鴻斌，林建華，許昌聲，等. 人腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子基因修飾的大鼠骨髓間質(zhì)干細(xì)胞與自組裝多肽水凝膠的生物相容性[J]. 中華實(shí)驗(yàn)外科雜志，2017，34（11）：1832-1834.

[4]衛(wèi)巍，劉燕飛，何洋，等. β折疊型自組裝短肽水凝膠特性及在神經(jīng)組織工程中的應(yīng)用前景[J]. 中國(guó)組織工程研究，2018，22（10）：1586-1592.