清華大學：高性能蛋白有機凝膠纖維實現對幹細胞的有序誘導和分化

2020-09-11 小材科研

凝膠體系由於具備動態網絡，結構靈活性以及可編程的功能性，近年來受到越來越多的關注，特別是引入外界聲光電等調控元件使其在可穿戴器件、增材製造、界面粘合以及生物醫藥等領域獲得了顯著的進展。然而，其固有的弱力學性能嚴重限制了該類材料在細胞力學和組織工程方面的應用。除此之外，如何長期保存凝膠材料並維持其性能穩定性依然是一個嚴峻的挑戰。因此，設計製備出新一代軟物質材料，兼具優異且持久穩定的力學性能以實現在組織工程領域的應用具有重要的意義。

基於此，清華大學化學系張洪傑/劉凱團隊受生物體蛋白纖維長程有序結構的啟發，通過合成生物學策略，藉助有機溶劑分子的誘導，製備了高力學性能蛋白有機膠纖維，並首次實現了該類新型有機膠纖維對骨間充質幹細胞的有序誘導和分化。

研究人員採用合成生物學以及蛋白質工程等手段製備了具有不同電荷特性的力學功能蛋白。通過與脂質體的多重超分子作用調控蛋白的親疏水特性，以及在有機溶劑作用下的溶脹，實現了該類蛋白複合物的在有機相條件下的拉絲成型，進而成功製備了工程化蛋白有機膠纖維材料。

圖示：高力學特性的蛋白有機凝膠纖維製備及幹細胞有序誘導分化

力學測試表明了該類蛋白有機膠纖維的高力學性能，而且拉伸強度、模量和韌性與目前報導的凝膠體系相比具有顯著性提高。利用一系列結構表徵技術，研究人員系統研究了該類有機膠纖維的內部分子排列和結構，並且揭示了其各向異性以及長程有序結構對力學性能調控的重要性。而且通過在不同時間的研究測試發現，有機溶劑對該類蛋白複合物具有良溶劑的誘導作用，較長時間內可以穩定纖維的內部結構和力學性能。進一步地，藉助該類生物有機膠纖維體系的優異的力學特性，進行了對骨間充質幹細胞的力學誘導研究。通過共培養技術，實現了成骨幹細胞在有機膠纖維表面的有序生長和分化。因此，該項研究對發展新型纖維材料在細胞力學領域應用具有重要意義，而且利用該類蛋白有機凝膠長期力學穩定性對發展其在新一代可穿戴、可植入智能織物構建方面有一定的應用前景。

來源：清華大學化學系

論文信息：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202009569

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