快速光交聯(lián)的絲素蛋白水凝膠

來源： EngineeringForLife

通過雙酪氨酸鍵交聯(lián)的絲素蛋白水凝膠是透明的彈性結(jié)構(gòu)，在再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有巨大的潛力。在本研究中，證實(shí)了一種新的可見光介導(dǎo)的光氧化還原系統(tǒng)，用于絲素蛋白中雙酪氨酸鍵的形成，克服了目前傳統(tǒng)基于酶交聯(lián)的主要局限性。該系統(tǒng)可快速交聯(lián)絲素蛋白(<1 min)，使細(xì)胞以更高的細(xì)胞密度(1500萬個(gè)細(xì)胞/mL)包裹，同時(shí)保持較高的細(xì)胞存活率(>80%)。與酶促交聯(lián)過程中經(jīng)歷自發(fā)躍遷向較硬、富含β-sheet網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換不同，光交聯(lián)的絲素水凝膠展現(xiàn)了更為穩(wěn)定的力學(xué)性能。這些水凝膠也支持人類關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的長期培養(yǎng)，具有良好的軟骨組織形成。該系統(tǒng)還促成了在蛋白結(jié)構(gòu)上沒有經(jīng)過化學(xué)修飾或流變添加劑的情況下，生物制造絲素蛋白的首次演示。應(yīng)用這套光交聯(lián)系統(tǒng)，有著復(fù)雜、有序、漸變架構(gòu)，且具有高精度（40 μm）的載細(xì)胞結(jié)構(gòu)被打印了出來，這用傳統(tǒng)的酶促交聯(lián)系統(tǒng)并不能實(shí)現(xiàn)。綜上所述，這項(xiàng)工作顯示了一種新交聯(lián)方法的巨大潛力，這種方法可用于制造彈性絲素水凝膠，并可應(yīng)用于生物制造和組織再生。

相關(guān)論文“Rapid Photocrosslinking of Silk Hydrogels with High Cell Density and Enhanced Shape Fidelity”發(fā)表于“Advanced Healthcare Materials”雜志，新西蘭奧塔哥大學(xué)KhoonS. Lim博士與澳大利亞新南威爾士大學(xué)Jelena Rnjak-Kovacina博士為共同通訊，第一作者為Xiaolin Cui。

圖1 兩種交聯(lián)方式：辣根過氧化物酶/過氧化氫（HRP/H2O2）酶促交聯(lián)，釕/過硫酸鈉（Ru/SPS）可見光交聯(lián)，通過形成雙酪氨酸鍵來構(gòu)建絲素蛋白水凝膠的原理

圖2 絲素蛋白的性質(zhì)

圖3 載高細(xì)胞密度的人關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞（HACs）的絲素蛋白水凝膠長期培養(yǎng)結(jié)果

圖4 載HAC的光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠的軟骨分化

圖5 對分泌的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的免疫組織化學(xué)分析

圖6 絲素蛋白水凝膠中HAC的相關(guān)基因表達(dá)

圖7 用普朗尼克F-127做犧牲材料制備絲素蛋白水凝膠

圖8 用犧牲材料F-127 3D打印光交聯(lián)絲素蛋白水凝膠

論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adhm.201901667