本發(fā)明涉及生物材料，更具體地，涉及一種有序肽納米纖維水凝膠及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、細(xì)胞外基質(zhì)(ecm)，作為細(xì)胞賴以生存與互動(dòng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不僅是細(xì)胞形態(tài)與功能維持的基石，還是調(diào)控細(xì)胞行為不可或缺的關(guān)鍵媒介。ecm通過(guò)其提供的結(jié)構(gòu)支撐、信號(hào)傳導(dǎo)及分子存儲(chǔ)等功能，對(duì)細(xì)胞的增殖、分化、遷移及凋亡等生命活動(dòng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。ecm的任何微妙變化均能直接觸發(fā)細(xì)胞行為的相應(yīng)調(diào)整，對(duì)于維持組織穩(wěn)態(tài)、促進(jìn)損傷修復(fù)進(jìn)程以及調(diào)控疾病發(fā)展路徑均發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。鑒于ecm在細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域中的核心地位，開(kāi)發(fā)能夠精確模擬其結(jié)構(gòu)與功能特性的新型材料，對(duì)于推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展具有極其重大的意義。

2、肽類物質(zhì)因其優(yōu)異的生物相容性、靈活的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性以及卓越的自組裝性能而備受關(guān)注。肽凝膠與ecm相似纖維狀微結(jié)構(gòu)的材料，被視為一種較為理想的三維支架材料。它能夠均勻地封裝細(xì)胞，并有效模擬天然ecm的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性，從而為細(xì)胞提供一個(gè)適宜的生長(zhǎng)、增殖及分化的微環(huán)境?；谶@些特性，肽凝膠在組織工程等多個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。

3、值得注意的是，微結(jié)構(gòu)有序的肽凝膠支架不僅繼承了上述所有優(yōu)點(diǎn)，其特有的有序微結(jié)構(gòu)還能進(jìn)一步介導(dǎo)細(xì)胞行為，促進(jìn)細(xì)胞的定向排列與生長(zhǎng)，進(jìn)而誘導(dǎo)形成具有細(xì)胞有序排列的特殊組織與器官。此外，在多種腫瘤的發(fā)病過(guò)程中，腫瘤ecm的蛋白纖維常發(fā)生有序排列，這一現(xiàn)象加速了腫瘤的發(fā)展進(jìn)程。因此，構(gòu)建微結(jié)構(gòu)有序的肽凝膠作為支架材料，不僅能夠促進(jìn)受損組織與器官的修復(fù)，還能模擬腫瘤ecm，為腫瘤學(xué)研究提供有力的工具。

4、基于上述背景，本專利聚焦于微結(jié)構(gòu)有序的肽凝膠的研發(fā)，旨在通過(guò)高度模擬ecm的三維結(jié)構(gòu)和生物活性，為細(xì)胞提供一個(gè)更為理想的生長(zhǎng)與調(diào)控環(huán)境，從而進(jìn)一步拓展在組織工程、再生醫(yī)學(xué)及腫瘤學(xué)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種有序肽納米纖維水凝膠的制備及其應(yīng)用，特別是在組織工程、再生醫(yī)學(xué)及腫瘤學(xué)研究等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種有序肽納米纖維水凝膠，所述有序肽納米纖維水凝膠通過(guò)調(diào)控小分子肽自組裝形成，且所述小分子肽包括帶電荷氨基酸頭部、β-折疊氨基酸與疏水尾部。

3、在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述帶電荷氨基酸為天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸中的一種或幾種。

4、在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述β-折疊氨基酸能促進(jìn)肽通過(guò)β-折疊二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自組裝，所述疏水氨基酸為丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸中的一種或幾種。

5、在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述疏水烷基鏈尾部為硬脂酸、軟脂酸、肉豆蔻酸、月桂酸等中的一種烷基鏈或含苯環(huán)的九芴甲氧羰基、萘環(huán)、芘環(huán)等芳香結(jié)構(gòu)。

6、在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，在所述小分子肽的n端引入疏水基團(tuán)后的小分子肽結(jié)構(gòu)式為：c16-ve-conh2、c16-vk-conh2、c16-lk-conh2、c16-fk-conh2、fmoc-fe、fmoc-ke等，其中，c16為軟脂酸，v為纈氨酸，e為谷氨酸，f為苯丙氨酸，k為賴氨酸，fmoc為九芴甲氧羰基。

7、本發(fā)明還提供了一種制備如上所述有序肽納米纖維水凝膠的方法，采用fmoc保護(hù)策略的多肽固相合成法合成小分子肽，載體樹(shù)脂為rink?amide-am?resin樹(shù)脂，將小分子肽鏈段在載體樹(shù)脂上從c端到n端依次延長(zhǎng)以獲取得到兩親性小分子肽，通過(guò)調(diào)控溫度，ph等引發(fā)小分子肽自組裝，形成有序肽納米纖維水凝膠，且所述有序肽納米纖維水凝膠可促進(jìn)細(xì)胞附著，誘導(dǎo)細(xì)胞有序排列與生長(zhǎng)。

8、在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述小分子肽的濃度為1wt％-5wt％加入至pbs溶液中充分溶解組裝，將ph調(diào)節(jié)至7-10，加熱冷卻后所形成的水凝膠內(nèi)部纖維呈有序排列；當(dāng)所述小分子肽的濃度為1wt％-5wt％加入至pbs溶液中充分溶解組裝，將ph調(diào)節(jié)至7以下加熱冷卻后所形成的水凝膠內(nèi)部纖維呈無(wú)序排列。

9、在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述有序肽納米纖維水凝膠展現(xiàn)出對(duì)肌肉細(xì)胞和臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞定向生長(zhǎng)的顯著促進(jìn)作用，能夠加速受損肌肉組織的功能修復(fù)并促進(jìn)新血管生成。

10、在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述的有序肽納米纖維水凝膠還具備模擬腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)(ecm)中膠原纖維有序排列的能力。通過(guò)模擬這種有序排列，該水凝膠能夠影響細(xì)胞的信號(hào)通路，調(diào)控細(xì)胞行為，并進(jìn)一步增強(qiáng)細(xì)胞的增殖、定向遷移與侵襲等能力，為腫瘤學(xué)研究提供了新的視角和工具。

11、本發(fā)明提供了一種有序肽納米纖維水凝膠作為支架材料的應(yīng)用。該支架能夠在體外培養(yǎng)環(huán)境中引導(dǎo)細(xì)胞有序排列，進(jìn)而形成具有特定結(jié)構(gòu)與功能的組織與器官，為特殊組織的修復(fù)和特殊器官的再生提供了有力支持。

12、本發(fā)明提供了一種有序肽納米纖維水凝膠在體外模擬腫瘤有序ecm方面的應(yīng)用潛力。通過(guò)精確模擬腫瘤ecm的微環(huán)境，該水凝膠為深入研究腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為、腫瘤發(fā)生發(fā)展機(jī)制以及抗腫瘤藥物的篩選與評(píng)估提供了重要的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

13、本發(fā)明的有序肽納米纖維水凝膠，其制備方法運(yùn)用了fmoc保護(hù)策略下的多肽固相合成技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)載體樹(shù)脂，自c端至n端逐步延長(zhǎng)小分子肽鏈段，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程條件溫和且操作簡(jiǎn)便。尤為關(guān)鍵的是，在n-端引入了疏水基團(tuán)，構(gòu)建了兩親性小分子肽結(jié)構(gòu)。這些小分子肽在溶于水或pbs溶液后，能夠借助分子自組裝作用和適當(dāng)?shù)臈l件控制，自發(fā)形成具有有序納米纖維結(jié)構(gòu)的水凝膠。

14、本發(fā)明的一種有序肽納米纖維水凝膠及其應(yīng)用，具備如下技術(shù)效果：

15、1.本發(fā)明利用小分子肽在特定ph值條件下的pbs(磷酸鹽緩沖液)中展現(xiàn)的自組裝行為，成功構(gòu)建了一種納米纖維有序排列的水凝膠。具體而言，在ph值大于7的pbs溶液中，濃度為1wt％的小分子肽能夠自發(fā)形成纖維有序排列的納米纖維水凝膠；而在ph值小于7的條件下，則呈現(xiàn)纖維無(wú)序排列的結(jié)構(gòu)。這一特性為制備具有不同微結(jié)構(gòu)(有序與無(wú)序)的水凝膠提供了可能，進(jìn)而便于探討凝膠微結(jié)構(gòu)對(duì)其性能的影響。

16、2.本發(fā)明制備的新型有序肽納米纖維水凝膠展現(xiàn)出良好的的生物相容性，有效避免了有序介質(zhì)可能帶來(lái)的細(xì)胞毒性問(wèn)題。這一特性是其作為三維(3d)細(xì)胞培養(yǎng)支架的基礎(chǔ)，確保了細(xì)胞在支架中的健康生長(zhǎng)與正常功能發(fā)揮。

17、3.該自組裝水凝膠內(nèi)部纖維的有序排列，使其成為引導(dǎo)細(xì)胞有序排列與生長(zhǎng)的理想支架材料。通過(guò)模擬體內(nèi)組織(如肌肉)的排列方式，該支架材料有助于促進(jìn)受損組織和器官的功能修復(fù)。

18、4.該自組裝水凝膠內(nèi)部纖維的有序排列，使其具有與許多腫瘤ecm相似的微結(jié)構(gòu)特征。因此，該水凝膠可用于體外模擬腫瘤有序ecm，為研究腫瘤膠原纖維排列對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖、分化、遷移、侵襲及耐藥性等行為的影響提供有力工具。

19、5.鑒于體內(nèi)多種組織(如肌肉)以及腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)(ecm)中纖維的有序排列特征，本發(fā)明提出的有序肽納米纖維水凝膠在組織工程、再生醫(yī)學(xué)及腫瘤治療等領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種有序肽納米纖維水凝膠，其特征在于，所述有序肽納米纖維水凝膠通過(guò)調(diào)控小分子肽自組裝形成，且所述小分子肽包括帶電荷氨基酸頭部、β-折疊氨基酸與疏水尾部。

2.如權(quán)利要求1所述的一種有序肽納米纖維水凝膠，其特征在于，所述帶電荷氨基酸為天冬氨酸、谷氨酸、賴氨酸、精氨酸中的一種或幾種。

3.如權(quán)利要求1所述的一種有序肽納米纖維水凝膠，其特征在于，所述β-折疊氨基酸能促進(jìn)肽通過(guò)β-折疊二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自組裝，所述疏水氨基酸為丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸中的一種或幾種。

4.如權(quán)利要求1所述的一種有序肽納米纖維水凝膠，其特征在于，所述疏水尾部為硬脂酸、軟脂酸、肉豆蔻酸、月桂酸等中的一種烷基酸或含苯環(huán)的九芴甲氧羰基、萘環(huán)、芘環(huán)等芳香結(jié)構(gòu)。

5.如權(quán)利要求1所述的一種有序肽納米纖維水凝膠，其特征在于，在所述小分子肽n端引入疏水基團(tuán)后的小分子肽結(jié)構(gòu)式為：c16-ve-conh2、c16-vk-conh2、c16-lk-conh2、c16-fk-conh2，fmoc-fe、fmoc-ke等，其中，c16為軟脂酸，v為纈氨酸，e為谷氨酸，f為苯丙氨酸，k為賴氨酸，fmoc為九芴甲氧羰基。

6.一種制備如權(quán)利要求1-5所述有序肽納米纖維水凝膠的方法，其特征在于，采用fmoc保護(hù)策略的多肽固相合成法合成小分子肽，隨后小分子肽通過(guò)分子自組裝形成有序肽納米纖維水凝膠，該水凝膠具有促進(jìn)細(xì)胞附著，誘導(dǎo)細(xì)胞有序排列與生長(zhǎng)的特性。

7.如權(quán)利要求6所述制備有序肽納米纖維水凝膠的方法，其特征在于，所述有序肽納米纖維水凝膠促進(jìn)肌肉細(xì)胞、臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的定向生長(zhǎng)，從而加速受損肌肉組織功能的修復(fù)和新血管生成。

8.如權(quán)利要求6所述制備有序肽納米纖維水凝膠的方法，其特征在于，所述有序肽納米纖維水凝膠可模擬特定腫瘤細(xì)胞外基質(zhì)(ecm)中膠原纖維的有序排列，進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞的信號(hào)通路，調(diào)控腫瘤細(xì)胞行為。

9.一種有序肽納米纖維水凝膠的應(yīng)用，其特征在于，所述有序肽納米纖維水凝膠作為支架材料在體外培養(yǎng)中用于促進(jìn)細(xì)胞有序排列，以形成特殊組織與器官。

10.一種有序肽納米纖維水凝膠的應(yīng)用，其特征在于，所述有序肽納米纖維水凝膠用于在體外模擬腫瘤ecm，以支持腫瘤學(xué)研究。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種有序肽納米纖維水凝膠的制備方法及其應(yīng)用，該水凝膠通過(guò)調(diào)控小分子肽的自組裝過(guò)程形成，其中所述小分子肽包含帶電荷的氨基酸頭部、β?折疊促進(jìn)氨基酸以及疏水尾部。本發(fā)明的有序肽納米纖維水凝膠不僅能促進(jìn)細(xì)胞增殖，還能有效調(diào)控細(xì)胞行為。其內(nèi)部納米纖維的有序排列特性能夠誘導(dǎo)細(xì)胞定向排列與生長(zhǎng)，因此，作為支架材料，它可特異性地用于修復(fù)細(xì)胞有序排列受損的組織和器官。此外，該凝膠展現(xiàn)出與腫瘤有序細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)相似的微結(jié)構(gòu)，這一特性使其能夠應(yīng)用于腫瘤ECM模型，為深入研究腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為提供了重要的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本發(fā)明的這種微結(jié)構(gòu)有序的凝膠材料，在腫瘤ECM模擬、組織修復(fù)等多個(gè)領(lǐng)域均展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)研發(fā)人員：秦四勇,蔡創(chuàng),程偉偉,黃蓉,張愛(ài)清
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南民族大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17