黃瓊儉

摘要：當(dāng)植入材料與生物體接觸時(shí)，蛋白質(zhì)將自發(fā)地吸附到材料表面，并受各種因素的影響。論文中簡(jiǎn)要介紹了三方面的影響，包括材料表面的規(guī)則圖形、曲面曲率以及材料表面的粗糙度。

關(guān)鍵詞：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì) 表面吸附

0 引言

眾所周知，細(xì)胞對(duì)材料表面的響應(yīng)，是通過(guò)附著在材料表面的蛋白的組成、構(gòu)象和分布而實(shí)現(xiàn)的，所以細(xì)胞對(duì)納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的響應(yīng)最終由表面吸附的蛋白層傳遞。當(dāng)植入材料與生物體接觸時(shí)，蛋白質(zhì)將自發(fā)地吸附到材料表面，形成蛋白質(zhì)層，并受各種因素的影響，主要包括蛋白質(zhì)自身的性質(zhì)、材料表面性質(zhì)以及所處的生物環(huán)境。在眾多的影響因素中，材料表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是尤其重要的影響因素之一。盡管近年來(lái)二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)蛋白及細(xì)胞的影響有了廣泛的報(bào)道，但隱藏于現(xiàn)象背后的機(jī)理，細(xì)胞的感知，細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)以及對(duì)納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期反應(yīng)仍鮮有報(bào)道并迫切需要得到解答。因此，探討蛋白質(zhì)對(duì)材料表面納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的響應(yīng)，將對(duì)我們理解生物分子、細(xì)胞、材料表面所構(gòu)成的非常復(fù)雜的體系有極大的促進(jìn)作用。

1 規(guī)則圖形

目前所見(jiàn)的規(guī)則圖形主要包括溝槽、金字塔、凹坑或凸起三類。目前對(duì)于這三類規(guī)則圖形的研究已經(jīng)有了一定的成果。Calli等人通過(guò)局部陽(yáng)極氧化法在硅和鈦表面制得了與蛋白質(zhì)尺寸大小相似的納米凹槽結(jié)構(gòu)，觀察結(jié)果表明，在硅表面，F(xiàn)-肌動(dòng)蛋白在納米凹槽區(qū)域附近的吸附量比在平整區(qū)域要低很多，有沿著納米凹槽吸附的傾向，研究發(fā)現(xiàn)，納米金字塔拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)牛γ-球蛋白的吸附及其活性有明顯影響，其吸附量比在平整表面的吸附量顯著增加，而且其相對(duì)活性隨著表面納米金字塔堆積的密度增加而降低。對(duì)于凹坑/凸起結(jié)構(gòu)對(duì)蛋白吸附的影響尚無(wú)定論，Sutherland等人在材料表面制得了直徑40nm、深度10nm的凹陷結(jié)構(gòu)，并分別在納米凹陷結(jié)構(gòu)和平整表面吸附纖維蛋白原。測(cè)試結(jié)果表明，蛋白質(zhì)在這兩種表面上的吸附量相似。而通過(guò)血液檢測(cè)則發(fā)現(xiàn)在納米凹陷結(jié)構(gòu)處血小板數(shù)量更多。推測(cè)這是由于表面的構(gòu)象和取向更有利于纖維蛋白原與血小板膜上的受體結(jié)合，使得血小板的黏附增多。

2 球面

在納米蛋白藥物控制釋放體系中，藥物載體多為球形表面，這些彎曲表面的曲面曲率會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)等生物分子產(chǎn)生影響。Roach等人在15-165nm范圍內(nèi)不同親疏水性Si微粒對(duì)蛋白變性與曲率的關(guān)系進(jìn)行研究，提出了球狀蛋白和棒狀蛋白（纖維蛋白原）在不同曲率微粒上吸附的模型，認(rèn)為球狀蛋白在大曲率球面上其構(gòu)象傾向于保持原狀，而棒狀蛋白在大曲率球面上傾向于變形，包裹球面。

3 粗糙表面

Cai和Han等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粗糙度與吸附量之間沒(méi)有線性關(guān)系，粗糙度對(duì)蛋白質(zhì)的吸附量沒(méi)有顯著影響。而Rechendorff等的研究結(jié)果表明，增大表面粗糙度可提高蛋白質(zhì)的吸附量。眾多結(jié)果表明，納米級(jí)的粗糙度會(huì)影響蛋白質(zhì)的吸附行為，應(yīng)該重視粗糙度這一因素對(duì)材料生物相容性的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

一般而言，納米尺度拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可有效影響蛋白粘附和細(xì)胞行為，這使得拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成為生物體系與人工材料界面間的關(guān)鍵影響因素。納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有望成為生物醫(yī)用材料調(diào)節(jié)細(xì)胞的方式。納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與生物蛋白吸附之間的研究正處于起步階段。而目前的研究表現(xiàn)出了納米結(jié)構(gòu)影響蛋白吸附不僅取決于尺寸分布，其形態(tài)特征也有著顯著影響。另外，不同的納米結(jié)構(gòu)對(duì)于不同的蛋白有著不同的影響。而在體內(nèi)環(huán)境中，微結(jié)構(gòu)將面對(duì)多種蛋白同時(shí)存在并隨時(shí)而變的復(fù)雜體系，研究這其中的相互關(guān)系將會(huì)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

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基金項(xiàng)目：重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱：無(wú)機(jī)生物材料的生物相容性研究，項(xiàng)目編號(hào)：GZY201309-YK。