【摘 要】
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细胞外基质（ECM）广泛存在于机体组织和器官中。它不仅能支撑细胞和稳定组织器官,还能通过内部活性配体的动态呈现与网络结构的动态转变,传递指导细胞行为的各种生物物理信号和生物化学信号。生物材料作为ECM的人工替代物,能够模拟ECM信号的生物材料的研究仍处于起步阶段。传统静态生物材料通过拓扑结构、表面形貌以及生物活性分子的修饰种类和数量影响各种细胞行为的发生。然而,静态生物材料无法提供类似于ECM的动
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细胞外基质（ECM）广泛存在于机体组织和器官中。它不仅能支撑细胞和稳定组织器官,还能通过内部活性配体的动态呈现与网络结构的动态转变,传递指导细胞行为的各种生物物理信号和生物化学信号。生物材料作为ECM的人工替代物,能够模拟ECM信号的生物材料的研究仍处于起步阶段。传统静态生物材料通过拓扑结构、表面形貌以及生物活性分子的修饰种类和数量影响各种细胞行为的发生。然而,静态生物材料无法提供类似于ECM的动态信号,难以实现细胞行为的动态调控。与传统生物材料相比,动态仿生生物材料,从模拟ECM内部动态活性和动态网络结构角度出发,旨在重现天然ECM的动态生物化学和生物物理信号。目前,多种动态的分子策略已被用于实现可逆的活性修饰和动态的网络结构构建。然而,当前已发展的动态策略多基于纯粹的化学手段,其生理适用性问题常常限制了生物医学应用的广泛性。本文基于糖肽抗生素万古霉素（Van）和二肽D-Ala-D-Ala（AA）之间的特异性相互作用,利用Van-AA的可逆结合力进行生物活性分子的动态修饰和水凝胶网络的可逆交联,分别设计出具备可逆调控细胞行为能力的动态活性表面和具有内在抗菌活性的动态水凝胶支架材料,并将其用于可逆调控细胞贴附行为以及感染性组织修复的研究。主要研究内容如下:1.基于天然受体-配体相互作用的动态活性表面的构建与调控细胞贴附行为的研究通过Van与AA的受体-配体相互作用将活性RGD动态连接到石英片表面,可逆调控细胞行为。首先利用NHS酯交联反应,分别制备了含有丙烯酰胺的Van单体（Van-M）和含有AA与RGD的八臂活性分子（AA-RGD）。接枝Van-M的石英片结合AA-RGD得到以Van-AA结合的活性表面。对其表面浸润性、化学组分、可逆分子结合能力、细胞贴附行为以及生物相容性等方面进行了测试与研究。结果表明结合AA-RGD后接触角达到32.6±0.1°,具有较好的亲水性。Van-M表面与AA-RGD之间拥有动态结合性能,再次结合率仍达到85%。细胞实验也验证了结合AA-RGD,该活性表面具有促进细胞黏附的性能,在培养4h后,90%的细胞呈现铺展状态。同时,加入生理来源性AA短肽,在30 min内能有效控制细胞脱除,80%的细胞能够从表面洗脱。生物安全性评估表明该活性表面对L929细胞、内皮细胞活性无影响,细胞存活率超过95%。2.基于天然受体-配体识别作用的动态抗菌水凝胶的合成及其性能研究将Van-M和AA单体（AA-M）在水中分散,利用紫外光引发聚合反应,制备了基于Van-AA受体-配体相互作用的抗菌动态水凝胶。对Van-AA动态水凝胶的物理机械性能、体外抗菌、感染性伤口治疗、生物安全性能进行了研究。研究结果表明,Van-AA动态水凝胶具有优异的可注射、自愈合性能,结构出现破坏后能在5 min内实现快速自修复。同时对革兰氏阳性菌（G+）、阴性菌（G-）都有较好的抗菌效果,抗菌性能高于95%。将其用与感染性伤口治疗,水凝胶能完美覆盖感染部位,能有效抗感染,同时还能吸收伤口部位渗出液。ELISA和免疫组化测试也进一步证实了水凝胶能有效降低伤口部位中性粒细胞炎性浸润,促进皮肤组织的修复。同时利用水凝胶治疗14天后,没有发现明显的溶血性、细胞毒性、主要器官损伤。
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