用于个性化医疗修复的工程定制生物粘合剂

　　

　　

　　外科应用中使用的传统医用粘合剂通常具有有限的生物可吸收性、高毒性和缺乏可定制性，导致手术结果不理想。合成生物学的最新进展提供了一个很有前途的替代方案——为特定的内部生物医学应用(如组织修复和手术胶)量身定制的生物相容性和可生物降解粘合剂。

　　研究人员与圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院能源、环境与化学工程教授张福忠合作，正在用一种完全由蛋白质构成的新型水凝胶来应对这一挑战。

　　张教授的合作者包括能源、环境与化学工程副教授Marcus Foston;盖伊·吉宁，哈罗德和凯瑟琳·福特机械工程教授;以及外科和放射学副教授穆罕默德·a·扎耶德。他们的可编程设计可以精确控制机械和粘合性能，解决合成生物胶的局限性。这项研究发表在ACS应用材料与界面杂志上。

　　“这项工作是第一个证明合成生物学不仅可以用来生产材料，还可以用来理解材料序列-结构-功能关系的工作之一，”张教授实验室的研究生、该研究的第一作者鞠亚·全(Juya Jeon)说。

　　“我们的水凝胶是由人工设计的蛋白质制成的，这种蛋白质以前从未被制造过。这些独特的蛋白质使我们的水凝胶具有多种优势，包括出色的机械和水下粘合性能，同时具有生物可吸收性，适合组织修复/工程应用。”

　　该团队的新材料建立在张实验室之前对水下粘合剂的研究基础上，该研究的灵感来自水生贻贝及其粘性贻贝足蛋白(Mfp)。Jeon改进了早期的工作，将丝-淀粉样肽和Mfp精心结合成丝-淀粉样-贻贝足蛋白(SAM)水凝胶。

　　作为一名分子厨师，Jeon调整了两种主要成分的比例，以实现SAM水凝胶，这种水凝胶可以被微调，以显示生物相容性、生物吸收性、强度、拉伸性和生物表面的水下粘附性的独特组合。

　　Jeon还探索了蛋白质序列和水凝胶性质之间的复杂关系，这对于设计具有个性化医疗修复应用的定制特性的SAM水凝胶至关重要。通过使用丝淀粉样蛋白和Mfps的不同组合来制造SAM水凝胶，Jeon和Zhang成功地揭示了材料结构和性能之间的复杂关系。

　　他们发现，增加丝-淀粉样蛋白重复序列显著提高了粘结力和韧性，而延长Mfp长度增加了表面粘结力，但降低了整体强度。在临床前模型上测试时，一种特别感兴趣的变体表现出卓越的强度，抗应变性和水下粘附性。

　　Zhang说:“本研究中发现的序列-结构-性质关系为指导具有可调性质的蛋白质粘合剂的未来设计提供了宝贵的见解，为针对特定应用的定制粘合剂铺平了道路。”

　　“这项研究标志着在追求更安全、更有效的手术粘合剂方面取得了重大飞跃，为满足不同医疗需求的个性化生物粘合剂的新时代打开了大门。”它还说明了合成生物学如何用于阐明复杂的分子关系和制造先进的生物材料。”