越子豪

摘 要：在生命科學(xué)研究過程中，多肽自組裝屬于一種較為前沿的領(lǐng)域。多肽的水凝膠是一種新型生物材料，而且這一材料具有生物相容性好、容易設(shè)計合成以及制備簡單的特點，而且這一生物材料具有較為廣闊的應(yīng)用前景。因此，本文針對功能化自組裝肽水凝膠在細胞培養(yǎng)中的應(yīng)用策略進行深入分析和探討，供讀者參考。

關(guān)鍵詞：功能化;自組裝肽水凝膠;細胞培養(yǎng)

當(dāng)前我國科技發(fā)展較為迅速，人們的生活質(zhì)量和生活水平得到顯著提升。我國對于新型材料有著較為迫切的需求，當(dāng)前所擁有的材料無法更好地滿足社會需求，所以出現(xiàn)了水凝膠材料。所謂水凝膠指的就是具有三維空間且以水為分散介質(zhì)凝膠。多肽基水凝膠指的是將多肽大分子作為主要的構(gòu)件元件所形成的凝膠。這一材料被廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域、檢測領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中。多肽水凝膠的形成方式主要包括兩種，一種是通過化學(xué)交聯(lián)，這種方法的產(chǎn)物被稱為化學(xué)凝膠。這種方法生產(chǎn)出的水凝膠強度更大。另一種指的是通過非共價值相互作用，例如靜電作用、范德華力以及氫鍵等作用力進行有效結(jié)合，這就是大分子自組裝，這一產(chǎn)物通常被稱為物力凝膠。

一、自組裝多肽水凝膠的制備方法

（一）多肽分子自身組裝形成水凝膠

通過多肽分子能夠構(gòu)成氨基酸序列，并對其進行理性設(shè)計，可以使多肽分子之間通過范德華力、疏水作用力和肽鍵等自發(fā)組裝。如果能夠達到一定的濃度，就可以形成多肽水凝膠。例如，康艷晶等人于2012年通過氨水揮發(fā)調(diào)整溶液pH值的方法，將多肽鏈自組裝形成了智能水凝膠[1]。通常在常溫情況下，由于酸性和中性條件下的精氨酸帶正電，上述多肽鏈由于靜電斥力的因素?zé)o法形成凝膠，如果溶液呈現(xiàn)堿性，那么多肽鏈間的斥力就會較小，從而形成凝膠。除此之外，相關(guān)研究人員運用天然蠶絲纖維良好的生物相容性設(shè)計和力學(xué)性能設(shè)計了相應(yīng)的多肽序列，并且運用天冬氨酸和精氨酸之間存在的靜電相互作用自組裝制備水凝膠，這一水凝膠有良好的儲能模量，而且有較強的生物相容性。

（二）外源分子輔助多肽自組裝制備水凝膠

大部分的多肽鏈本來并沒有自組裝凝膠的性能，在此情況下，可以將橋連作用的分子通過向體系中引入，從而形成水凝膠。小分子表面活性劑、蛋白質(zhì)和金屬離子等都是常用的橋連劑。南開大學(xué)的相關(guān)研究人員謝謝了一種新型的可自組裝成纖維素的多肽鏈Nap-GEFYGGGWWRESAI，但是這一纖維素?zé)o法形成水凝膠。所以研究人員在其中加入了一種蛋白質(zhì)將本來松散的纖維束更加緊密。相互鏈接逐漸成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[2]。在蘇州大學(xué)想要研究人員對表活性劑進行研究，面月桂酰肌氨酸鈉對于誘導(dǎo)絲素蛋白形成水凝膠的影響，這一分析應(yīng)該在蛋白質(zhì)分子表面包裹，由于多肽表面的荷被屏蔽，減弱了分子之間存在的斥力，分子無規(guī)卷曲向β折疊結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，逐漸形成水凝膠，這種水凝膠的生物相容性較好，而且有一定的抗菌性，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中。在2011年有國外多名相關(guān)學(xué)者共同合成了多肽序列ZnBHP：IKVKIKVKVDPPTKIKVKIK，在這一多肽的末端包括一個非天然的氨基酸，這一氨基酸具有兩個羧基酸可以正常融合。在缺少金屬離子的溶液環(huán)境下，多肽通常會以非折疊狀態(tài)在緩沖溶劑當(dāng)中溶解。但是在含有Zn2+與多肽鏈末端的非天然氨基酸結(jié)合，能夠?qū)ζ渲械呢撾姾蛇M行有效中和，從而使肽鏈呈現(xiàn)電中性，進一步合成水凝膠。除此之外還有生物研究學(xué)者研究出了萘功能化的二肽，應(yīng)該先將其組裝成膠束，隨著溫度的提高，來自組裝成蠕蟲的結(jié)構(gòu)。此時加入鹽離子，誘導(dǎo)水凝膠的形成。

二、功能化自組裝肽水凝膠在細胞培養(yǎng)中應(yīng)用策略

將多肽水凝膠應(yīng)用于細胞三維培養(yǎng)當(dāng)中，主要以下幾種方法。首先需要制作大量的多肽水凝膠，然后在水凝膠表面種植細胞，這種方法主要是用來對細胞向凝膠內(nèi)部遷移情況進行觀察。除此之外，將多肽與細胞懸液混合，然后對PH值進行調(diào)節(jié)，使材料凝膠化，然后逐漸將細胞包括在凝膠內(nèi)部。

（一）成骨細胞三維培養(yǎng)

將RADA自組裝多肽與活性片段ALK、PRG和DRG進行有效復(fù)合。首先與RADA進行一定比例的混合，得到功能化自組裝多肽支架材料，通過實驗?zāi)軌虮砻鬟@幾種多肽都能夠促進成骨細胞的增殖[3]。除此之外，與RADA相比，功能化多肽支架材料可以提高成骨細胞骨涎白和堿性磷酸酶的表達，而且多功能化多肽可以對細胞進行刺激，使其向里三維遷移。這些結(jié)果能夠表明，功能化自組裝多肽不僅能夠給骨質(zhì)細胞提供良好的三維微環(huán)境，還能夠有效誘導(dǎo)骨細胞分泌特異性蛋白，可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)當(dāng)中的骨組織修復(fù)方面，具有良好的發(fā)展前景。

（二）用于內(nèi)皮細胞三維培養(yǎng)

將活性片段PRG與血管內(nèi)皮生長因子模擬片段RGD和KLT共同接枝到RADA上，通過內(nèi)皮細胞進行三維培養(yǎng)，然后對內(nèi)皮細胞的血管化情況和增殖情況進行觀察。與RADA相比，功能化自組裝多肽PAD/RAD、RAD/KLT能夠?qū)?nèi)皮細胞有更好的增殖。經(jīng)過相關(guān)實踐研究表明，在三維原位培養(yǎng)下，內(nèi)皮細胞呈現(xiàn)出良好的生活狀態(tài)，同時能夠發(fā)現(xiàn)細胞之間相互連接。還能夠通過三維微球的方法建立自組裝多肽材料和內(nèi)皮細胞的三維復(fù)合體。通過實驗?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)多肽材料可以使內(nèi)皮細胞發(fā)生遷移。

（三）用于間充質(zhì)干細胞的三維培養(yǎng)

近些年人們逐漸提高了對干細胞治療組織工程的關(guān)注。干細胞移植治療在臨床試驗當(dāng)中有良好的效果。但是，在治療過程中，最主要的問題就是干細胞的數(shù)量和活性。而且受損的組織通常難以為干細胞提供良好的生長環(huán)境，通常都需要商務(wù)材料來提供生長環(huán)境，促進干細胞的，同時也要保證干細胞的活性[4]。經(jīng)過大量的實踐研究發(fā)展，成體干細胞的遷移是組織修復(fù)的基礎(chǔ)，所以對于干細胞千有著重要的影響。脂肪干細胞能夠向多肽水凝膠內(nèi)部遷移，可以表示，此類材料和空氣網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并不會對干細胞的運動造成阻礙和影響。但是功能短肽片段能夠影響干細胞的運動。除此之外，在三維原味培養(yǎng)條件下，功能片段可以對脂肪干細胞的生長因子分泌、形貌和增殖都造成影響。

三、結(jié)束語

總體而言，本文的多種自組裝多肽水凝膠進行了分析，并提出了一些制作方法。這些方法不僅高效便捷，同時也給水凝膠材料賦予了一些新的性能，擴展可凝膠的應(yīng)用范圍，使其在日常生活當(dāng)中有著廣泛的應(yīng)用空間。

參考文獻：

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[2]魯長風(fēng)，楊淑慧，王沖，等. 兩種新型功能化自組裝多肽水凝膠的制備和體外研究[J]. 中國醫(yī)藥生物技術(shù)，2018，13（4）：313-318.

[3]羅鴻斌，林建華，許昌聲，等. 人腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子基因修飾的大鼠骨髓間質(zhì)干細胞與自組裝多肽水凝膠的生物相容性[J]. 中華實驗外科雜志，2017，34（11）：1832-1834.

[4]衛(wèi)巍，劉燕飛，何洋，等. β折疊型自組裝短肽水凝膠特性及在神經(jīng)組織工程中的應(yīng)用前景[J]. 中國組織工程研究，2018，22（10）：1586-1592.