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东华大学游正伟教授团队:新型生物活性软物质 - 金属离子杂化高分子
2019-03-15 来源:中国流变网    点击次数:89次    

  生物活性是新一代生物医用材料的主要发展趋势之一,而大多数人体组织都是软组织,因此开发能够匹配软组织力学性能,且具有特定生物活性的软物质是当前研究热点,具有巨大的应用前景。合成高分子材料是一种理想的软物质。然而,大多数合成高分子是生物惰性的,无法与细胞或组织实现有效的生物交互,因此如何赋予高分子生物活性是一个重要的课题。目前,构筑生物活性高分子的主要策略是整合生物活性分子,如蛋白质、基因。然而,这些生物分子结构复杂,对反应环境和加工条件相对敏感且易失活,因而限制了其大量应用。

  生物弹性体即生物相容且生物可降解的高分子弹性体(Bioelastomer),是近年来磅礴兴起的一类重要的生物材料,在组织工程、体内传感、药物缓释具有巨大的应用前景。东华大学纤维材料改性国家重点实验室游正伟教授团队长期致力于生物弹性体研究(Adv.Healthc.Mater.2019,DOI: 10.1002/adhm.201900065;Adv.Healthc.Mater.2019,DOI:10.1002/adhm.201801455; Mater.Horiz.2019, 6, 394; ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 20591, Biomaterials 2010, 31, 3129-3138)。近年来致力于通过设计特定的小分子功能基来赋予弹性体生物活性,希望通过抽象出简单的化学本质结构来调控复杂的生物界面。他们将生物活性小分子——磷酸和乙酰胆碱引入高分子侧链,成功制备了具有成骨活性(J. Mater. Chem. B, 2016, 4, 2090)和神经活性(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 9590)的高分子,由于是采用小分子,结构简单稳定,避免了通常生物活性分子在制备和加工过程中的易失活问题。

图1. PGSM-Mg生物活性杂化软物质的设计与应用

  金属离子广泛地存在生物体内,在参与生命体系中的多种化学反应和信号转导等重要生理活动方面起着至关重要的作用。近年来,越来越多的报道证明金属离子具有良好的生物活性,被广泛地用于生物活性无机材料的制备,但是这些材料相对较“硬”,难以与软组织相匹配。据此,游正伟教授团队提出利用金属离子作为活性因子,在分子层面上将金属离子和高分子化学键合赋予高分子材料生物活性的新策略。该策略能够很好地融合金属离子和高分子各自的特点,方便地构筑兼具二者优点的新型生物活性软物质。其一,与敏感的生物活性因子如蛋白质和基因相比,金属离子比较稳定,可以耐受高温高压等恶劣的加工条件,能在通常的情况下方便地存储,在复杂的体内环境中能较好保持活性。其二,材料主体是高分子,能够提供和软组织相匹配的力学性能、柔性和易加工性。作为该策略的实施例证。他们以镁离子(Mg2+)和聚(甘油-癸二酸-马来酸酯)(PGSM)为模型,制备了新型神经活性的杂化材料(PGSM-Mg),其可用作可注射材料,也可方便地制造成弹性多孔三维支架,具有和软组织匹配的力学性质。

  该设计原理和合成路线具有普适性,可以应用于多种多样的不同生物功能的金属离子和不同力学等性能的高分子。该策略将为生物活性软物质的设计和制备开辟新思路,提供有力的工具,研制出一系列新型生物材料,实现新的生物医学应用。

  相关研究成果以“Molecularly engineered metal-based bioactive soft materials - Neuroactive magnesium ion/polymer hybrids” 为题发表在国际知名生物材料期刊《Acta Biomaterialia》上。东华大学博士生孙利杰为该论文的第一作者,游正伟教授为该论文的通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金等的大力支持。

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.12.040

 
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