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角蛋白是生物材料的研究热点,人发角蛋白提取物在止血、组织修复和细胞培养等方面都得到广泛应用,角蛋白相关蛋白(Keratin-associated proteins,KAPs)在人发中含量仅次于角蛋白(约5%),探究KAPs的生物活性对于深刻认识人发角蛋白提取物的生物功能和开发新型蛋白医用材料具有重要意义。前期研究已证实从人发提取物中分离获得的KAPs与角蛋白类似,具有自组装和组织修复等功能,但由于KAPs具有的结构相近、种类多的特点,很难从人发提取物中分离出单一的KAP,限制了KAPs生物材料的研究。基于以上问题,本论文通过重组表达不同种类人发KAPs,进而评价其自组装、止血和创面修复效果。利用原核表达获得了2大类6种组分单一、纯度高的重组KAPs(RKAPs),采用TEM观察评价了不同种类RKAPs的自组装性能,借助静电纺丝技术制备了RKAPs纳米纤维膜以探究其对纤维膜力学性能的影响,进而通过建立动物模型探究了RKAPs的止血、创面修复性能和生物相容性。本文研究的主要实验结论如下:1.重组表达了组分单一的人发KAPs。基于人发KAPs同源性序列分析及其在人发提取物中的含量组成,选择了3大类9种人发KAPs进行质粒构建,通过原核表达成功获得了2大类6种人发KAPs(RKAP3-1、RKAP11-1、RKAP13-2、RKAP7-1、RKAP19-5和RKAP19-1)。SDS-PAGE表明RKAPs条带单一、分子量介于约10–20 k Da之间,与预测理论值相同;FT-IR表征结果显示RKAPs结构与文献报道的KAPs提取物结构相似,CD光谱实验结果显示RKAP3-1、RKAP11-1、RKAP13-2、RKAP7-1和RKAP19-5的二级结构以α螺旋为主,而RKAP19-1可能存在多种二级结构;通过梯度透析法探究RKAPs在不同p H条件下的自组装性,研究发现单一RKAP即可发生自组装,在p H=10条件下都能自组装,且不同种类RKAPs自组装存在差异,RKAP11-1呈现出连贯且均匀的纳米纤维,表现出最优的自组装性能。2.探究了RKAP11-1自组装对纳米纤维膜力学性能的研究。利用静电纺丝制备不同RKAP11-1/PCL配比的纳米纤维膜,进而将其按照自组装条件进行梯度透析处理。FT-IR测试结果表明,RKAP11-1纳米纤维膜中出现了RKAP11-1和PCL的特征吸收峰,证明混共纺成功;而经梯度透析后RKAP11-1纳米纤维膜的红外图谱在酰胺I处的吸收更平坦,预示蛋白通过交联可能发生了构象变化;SEM观察发现RKAP11-1/PCL纳米纤维与角蛋白提取物/PCL和KAP提取物/PCL纳米纤维膜类似,呈现出网状结构的特点透析后,SRKAP11-1/PCL纳米纤维弯曲且粗糙,纤维的平均直径呈现增大趋势。进而力学测试实验表明,不同溶质配比的RKAP11-1/PCL纳米纤维中,透析处理前PCL含量升高有助于弹性模量和极限抗拉强度的增加,RKAP11-1/PCL(1/9)组与RKAP11-1/PCL(5/5)组相比其弹性模量增加151.1%,而透析后SRKAP11-1/PCL(5/5)组和SRKAP11-1/PCL(4/6)组的弹性模量分别增加了约171.4%和326.5%,其极限抗拉能力分别增加约148.7%和180.4%,预示RKAPs自组装可显著提高纤维膜的力学性能。3.完成了RKAP11-1纳米纤维膜的止血和创面修复性能评价。制备KAP与PCL质量比为(4/6)的RKAP11-1/PCL、SRKAP11-1/PCL、KAP提取物/PCL和角蛋白提取物/PCL纳米纤维膜,比较其止血、创面修复和生物相容性差异。大鼠肝脏损伤止血实验发现制备的纳米纤维膜与对照组比都具有显著降低出血量和出血时间的性能,RKAP11-1/PCL和SRKAP11-1/PCL纳米纤维膜的止血速率为51.4±1.6s,49.7±1.7 s,显著优于KAP提取物/PCL(62.4±2.4 s)和角蛋白提取物/PCL纳米纤维膜组(72.1±2.1 s);建立大鼠全切层皮肤创伤模型考察纤维的创面修复效果,结果发现SRKAP11-1/PCL纳米纤维膜和RKAP11-1/PCL纳米纤维膜的创面修复速度最快,且第3天SRKAP11-1/PCL纳米纤维膜表现出最快的创面修复速度,在第7天和14天观察到更多皮肤附属物的生成;此外,通过大鼠皮下植入纤维方式考察其生物相容性,4种纳米纤维膜21天降解率分别约为80.8%、81.7%、82.7%和83.9%,降解速度没有显著差异;经H&E切片和ELISA分析未发现明显的脏器损伤和炎症反应,说明制备的纳米纤维膜都具有良好的生物相容性。综上所述,本论文通过原核表达2大类6种人发KAPs,对不同种类RKAPs的自组装性能进行了研究,进而借助静电纺丝技术制备纳米纤维膜,评价了RKAPs在止血与创面修复方面的作用。本论文的实施有助于理解不同类型KAP的生物功能,为开发KAP类生物医用材料提供理论和实验基础。