超分子水凝膠在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用

1、超分子水凝膠在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用#劉冬雪，郭亞莉，周霄，熊蕓*（蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，功能有機(jī)化學(xué)國家重點實驗室，蘭州 730000）510152025303540摘要：超分子水凝膠化合物以低濃度在水溶液中通過非共價相互作用自組裝形成的凝聚體系，因其環(huán)境敏感性、低免疫原性及低細(xì)胞毒性而在智能材料、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域引起人們的關(guān)注。本文綜述了近年來超分子凝膠在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域（包括藥物緩控釋材料，組織工程和再生醫(yī)學(xué)，以及三維細(xì)胞培養(yǎng)支架材料）的應(yīng)用研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：超分子水凝膠；自組裝；藥物載體；組織工程；三維細(xì)胞培養(yǎng)支架中圖分類號：O648.17，O641.3Applications of S

2、upramolecular Hydrogels in the Field ofBiomedical MaterialsLIU Dongxue, GUO Yali, ZHOU Xiao, XIONG Yun(State Key Laboratory of Applied Organic Chemistry, College of Chemistry and ChemicalEngineering, Lanzhou University, Lanzhou 730000)Abstract: Supramolecular hydrogels are formed by the self-assembl

3、y of low molecular massorganic gelators in aqueous solvents through intermolecular interactions. Supramolecularhydrogels are attractive because of their environmental sensitivity, low immunogenicity and lowcell toxicity, which have potential applications in the fields of smart materials, biomedicalm

4、aterials and so on. This paper gives an overview of the current progress of supramolecularhydrogels applied in the biomedical materials, such as drug delivery, tissue engineering and 3Dcell-culture scaffolds.Key words: Supramolecular hydrogels；self-assembly；drug delivery; tissue engineering; 3Dcell-

5、culture scaffolds.0 引言近年來，大量新型的具有特殊功能的智能仿生材料已被合成出來，用于生物體的診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能。這類材料中，由小分子有機(jī)化合物自組裝形成的超分子凝膠因其特殊的熱可逆性、環(huán)境敏感性和納米結(jié)構(gòu)的多樣性而受到廣泛關(guān)注1,2。這種凝膠與傳統(tǒng)的由共價鍵交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子凝膠不同，它是由小分子有機(jī)凝膠因子（Low-Molecular-Mass Organic Gelators，LMOGs）在有機(jī)溶劑或水中通過分子間相互作用（氫鍵、靜電作用、疏水作用、范德華作用、p-p堆積等）自組裝形成有序結(jié)構(gòu), 進(jìn)而使整個體系凝膠化成為熱可逆

6、的軟材料3,4,5,6。自上世紀(jì) 90 年代末以來，基于超分子凝膠的研究報道逐年增多，而其研究也逐漸從凝膠因子的偶然發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^分子設(shè)計合成具有特定官能團(tuán)和特殊功能的軟材料7,8，人們可以根據(jù)需要在凝膠因子分子中引入可調(diào)控或者可反應(yīng)基團(tuán)，使其能夠響應(yīng)外界環(huán)境的變化9,10元通過非共價鍵作用連接，具有更好的生物相容性和生物降解性11。同時，凝膠因子自組基金項目：高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金（20110211120015）；國家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基金-能力提高項目（J1103307）作者簡介：劉冬雪（1988-），女，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)通信聯(lián)系人：熊蕓（1981-），女，講師，主要研究方向：分子自組裝

7、超分子凝膠與智能水凝膠. E-mail:xiongy-1-。相比于傳統(tǒng)的共價鍵交聯(lián)的聚合物水凝膠，超分子水凝膠往往是由生物相容的結(jié)構(gòu)單裝形成的三維納米纖維結(jié)構(gòu)與細(xì)胞外基質(zhì)在數(shù)量級上基本一致，因而可為細(xì)胞的遷移、生長、分化提供接近人體的環(huán)境12。這些優(yōu)勢使得超分子水凝膠在藥物傳輸、細(xì)胞培養(yǎng)、組織工程等領(lǐng)域備受青睞。目前，國內(nèi)外已有多篇關(guān)于超分子凝膠的綜述文獻(xiàn)發(fā)表，本文在此基礎(chǔ)上，重點報道近十年來超分子水凝膠在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展。455055601 超分子水凝膠在藥物緩控釋材料領(lǐng)域的應(yīng)用藥物緩控釋材料是指能夠延緩和控制藥物從系統(tǒng)中的釋放速率，從而延長藥物在體內(nèi)的作用時間或者減輕其毒副作

8、用的一類載體材料。凝膠作為一種具有刺激響應(yīng)性的智能軟材料被廣泛地用于制備藥物緩釋材料。然而，目前用于藥物控制釋放的水凝膠研究較為廣泛和深入的是大分子凝膠13，超分子水凝膠作為藥物載體的報道在近幾年日益增多，相比于傳統(tǒng)的聚合物凝膠具有傳質(zhì)速率高、結(jié)構(gòu)易于控制、生物相容性和降解性好的優(yōu)點，因而在藥物載體材料方面具有極其重要的應(yīng)用前景14。早些年，已有科學(xué)家開始研究簡單的藥物分子在超分子凝膠體系內(nèi)的擴(kuò)散、釋放行為，為超分子凝膠用于藥物緩控釋材料奠定了基礎(chǔ)。Friggeri 等人15研究了 8-氨基喹啉和 2-羥基喹啉在 N,N-二苯甲酰-L-胱氨酸（DBC）形成的超分子水凝膠中的擴(kuò)散，指出兩者的擴(kuò)散

9、速度不同是由于藥物分子與凝膠劑分子之間相互作用的差異引起的。隨后，Shinkai 領(lǐng)導(dǎo)的課題組16研究了 DNA 在甲基-4,6-O-(對硝基苯亞甲基)-a-D-葡萄糖苷（p-NO2Glu）形成的超分子水凝膠中的擴(kuò)散，指出 DNA 參與超分子凝膠微結(jié)構(gòu)的形成，并指出甲基環(huán)糊精可以調(diào)控DNA 分子的擴(kuò)散行為（圖 1）。楊亞江課題組17以雙十八烷基-L-苯丙氨酸（Bis18-L-Phe）為凝膠因子，將吐溫 80、1,2-丙二醇、十四酸異丙酯（油相）和水形成的微乳凝膠化，以水楊酸鈉為模型藥物分子負(fù)載于凝膠中，系統(tǒng)地研究了水楊酸鈉在凝膠微乳中的擴(kuò)散釋放行為，發(fā)現(xiàn)其釋放具有緩釋可控的釋放速率，釋放行為符

10、合 non-Fickian 擴(kuò)散。Iwanaga 等人18用 12-羥基硬脂酸（12-HSA）在大豆油中自組裝形成分子凝膠，研究了親脂化合物布洛芬在其中的控制釋放模型，指出可以通過調(diào)節(jié)凝膠劑的濃度來控制布洛芬的釋放速率，其釋放機(jī)理是凝膠在腸液中的消蝕導(dǎo)致布洛芬的持續(xù)釋放。65圖 1DNA 在 p-NO2Glu 形成的超分子水凝膠中的擴(kuò)散釋放16Fig. 1 Controlled release of DNA in the hydrogel formed by p-NO2Glu16Murdan 等人19報道了單硬脂酸山梨醇酯（SM）形成的凝膠體系。在碳原子數(shù)大于 5的烷烴、十四酸異丙酯或不同的植

11、物油中加入 110的凝膠因子，在 60下溶解，然后在70室溫下冷卻，就能得到白色的熱可逆有機(jī)凝膠。將水或脂質(zhì)體懸浮液滴加到熱的有機(jī)溶膠中再冷卻就分別得到 w/o（water/oil）型或 v/w/o（vesicle-in-water-in-oil）型有機(jī)凝膠體系。他們用牛血清白蛋白（BSA）和血紅素（HA）為模型抗原，研究了這些 w/o 型 v/w/o 型有機(jī)凝膠作為體內(nèi)疫苗載體的潛在可能。-2-75傳統(tǒng)的聚合物水凝膠作為藥物載體，在體內(nèi)分解后可能形成許多長短不一的碎片，這些未知結(jié)構(gòu)的碎片可能存在毒性，對人體的影響也是未知的。Praveen 等人20以一種常見的鎮(zhèn)痛退熱藥物分子對乙酰氨基酚為原

12、料，合成了一系列的前體藥物作為兩性凝膠因子（Apn-derivates），利用其自組裝形成的水凝膠封裝疏水性消炎藥物姜黃素，通過體內(nèi)生理刺激作8085用酶觸發(fā)來釋放藥物分子（圖 2）。這種方法解決了藥物的毒性和療效之間的矛盾。這種以水凝膠作為載體的前體藥物在現(xiàn)有的藥物代謝途徑是有據(jù)可查的。該前體藥物能在水溶液中自組裝的并能將疏水性藥物封裝在水凝膠內(nèi)部，這樣該藥物前體就可以作為一種或多種藥物緩釋及運(yùn)載的工具，以前體藥物為基本成分的水凝膠在特定的生物酶的催化下，僅得到單一的藥物和對人體無害的脂肪酸，同時，這種水凝膠為載體的藥物緩釋方法也防止了藥物在某一生理部位形成瞬間的高濃度，這樣就大大克服了普通

13、聚合物作為藥物載體裂解時給人體帶來的傷害。圖 2 凝膠因子 Apn-derivates 的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其水凝膠封裝疏水藥物分子并在酶觸發(fā)下釋放藥物的示意圖20Fig. 2Chemical structure of Apn-derivates, and schematic representation of the preparation of degradable-3-9095prodrug-based hydrogelators, encapsulation of hydrophobic drug in the gel, and subsequent enzymetriggeredsingle

14、 (path-1) and multiple (path-2) drug-delivery. 20Kim 與合作者們21合成了一種具有生物響應(yīng)性并包含自組裝兩親性肽（PA）和順氯氨鉑 CDDP（cisplatin (cis-dichlorodiamineplatinum(II)）的仿生凝膠 CDDP-PA。該兩親肽中還包含細(xì)胞粘合基質(zhì)金屬蛋白酶 MMP-2（matrix metalloproteinase-2）和脂肪酸。MMP-2 中酶的濃度控制著凝膠種藥物釋放的的敏感度。同時在 TEM 中觀察到釋放藥物后的凝膠可由MMP-2 中的酶降解。MMP-2 控制鉑的藥物釋放系統(tǒng)對于抗癌藥物在時間和空

15、間上向靶向部位運(yùn)輸有著巨大的潛力。100Fig. 3圖 3 (A) 凝膠示意圖。(B) CDDP 與 PA 的作用機(jī)理21(A) Schematic diagram of a nanofiber-networked gel. (B) Presumed mechanism of the interactionsbetween CDDP and PA. Pt can interact with the carboxylic group of aspartic acid (,) or C-terminal end (,). In addition to the complexation mechan

16、ism shown (-Pt-, -Pt-), -Pt- and -Pt- arepossible mechanisms between PA and CDDP. 21105國內(nèi)趙曉軍教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組在短肽自組裝納米材料用于藥物緩釋領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究22，最近，他們將雙親短肽 RADA16 自組裝形成原位凝膠負(fù)載紫衫醇（PTX），研究結(jié)果顯示雙親性短肽可以與強(qiáng)疏水性的抗癌藥物紫衫醇發(fā)生相互作用使之穩(wěn)定，體外生物學(xué)實驗表明 RADA16-PTX 水凝膠能有效控制 PTX 的釋放和抑制腫瘤細(xì)胞的生長23。1102 超分子水凝膠在組織工程與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用組織工程與再生醫(yī)學(xué)都是研究開發(fā)用于修復(fù)或

17、改善人體病損組織或器官的結(jié)構(gòu)、功能的生物活性替代物的學(xué)科。組織工程最初是用來描述體外構(gòu)建組織或器官的有關(guān)理論和技術(shù)，現(xiàn)在它的內(nèi)涵也在不斷擴(kuò)大，凡是能引導(dǎo)組織再生的各種方法和技術(shù)均被列入到組織工程范115疇內(nèi)。組織工程的科學(xué)意義不僅在于提出了一個新的治療手段，更主要的是提出了復(fù)制組織、器官的新理念，使再生醫(yī)學(xué)面臨重大機(jī)遇與挑戰(zhàn)。再生醫(yī)學(xué)可以認(rèn)為是一門研究如何促進(jìn)創(chuàng)傷與組織器官缺損生理性修復(fù)以及如何進(jìn)行組織器官再生與功能重建的新興學(xué)科，可以理解為通過研究機(jī)體的正常組織特征與功能、創(chuàng)傷修復(fù)與再生機(jī)制及干細(xì)胞分化機(jī)理，尋找有效-4-的生物治療方法，促進(jìn)機(jī)體自我修復(fù)與再生，或構(gòu)建新的組織與器官以維持、修

18、復(fù)、再生或120125130改善損傷組織和器官功能。組織工程和再生醫(yī)學(xué)都非常受益于自組裝凝膠，可以為特定的細(xì)胞響應(yīng)設(shè)計和調(diào)整自組裝凝膠，例如，在自組裝凝膠中加入生物活性基團(tuán)肽類。自組裝肽是多肽在特定條件下自組裝形成纖維和其他種類的納米結(jié)構(gòu)，這些纖維在親水環(huán)境中自組裝可由不同的裝配方法形成不同的結(jié)構(gòu)。Steupp 等人24在這方面做了開創(chuàng)性工作，他們把嚙齒動物神經(jīng)祖細(xì)胞（NPCs）封裝在兩親性肽（peptide 1）自組裝形成的凝膠中，向目標(biāo)部位注射 1 的溶液即可在體內(nèi)形成凝膠。之所以選擇 NPCs，是因為他們能在細(xì)胞退化或損傷后代替中樞神經(jīng)細(xì)胞。兩親肽 1 可以在脊髓細(xì)胞的粘連蛋白 IKVA

19、V 抗原（Ile-Lys-Val-Ala-Val）中形成圓柱形納米纖維管。另一種帶有非生理性免疫基團(tuán) EQS（Glu-Gln-Ser）的兩親性肽 peptide 2 被合成出來，在層粘連蛋白中還發(fā)現(xiàn)兩親肽的納米纖維網(wǎng)絡(luò)整合的五肽 IKVAV 抗原，這種結(jié)構(gòu)也存在與細(xì)胞外基質(zhì)中。將 IKVAV 抗原整合入凝膠因為它能促進(jìn)軸突的生長。繼 Steupp 等人的研究之后，Tysseling-Mattiace 等人25用相同的兩親肽 1 在沒有外源蛋白和細(xì)胞的情況下，培養(yǎng)到脊髓損傷的小鼠體內(nèi)，當(dāng)兩親性肽溶液注射后，小鼠體內(nèi)的離子強(qiáng)度發(fā)生變化，進(jìn)而觸發(fā)脊髓神經(jīng)細(xì)胞外溶液自組裝，形成納米凝膠結(jié)構(gòu)。135El

20、lis-Behnke26等人同樣發(fā)現(xiàn)自組裝肽支架對于神經(jīng)再生醫(yī)學(xué)是非常有前途的支架材料。他們在出生兩天后的敘利亞倉鼠幼崽體內(nèi)進(jìn)行了大腦傷口修復(fù)實驗，十只內(nèi)視束上丘受損的小鼠用 1030 mL 含有 1% RADA 的水溶液處理，在腦損傷和其他輔助條件相同的情況下，用自組裝肽支架治療的小鼠視覺功能有所恢復(fù)。140145150Lee 的研究組報道了27將胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)于 RADA-16-的肽支架溶液中并注入 10 周的老年小鼠的心肌層，此后該溶液在心肌層會創(chuàng)建一個 3D 的微環(huán)境，在 7、14、28 天后，新的內(nèi)生內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞以及外生的注射細(xì)胞在為環(huán)境中都能存活下來。這表明自組裝多肽在心肌

21、層創(chuàng)建的微環(huán)境可以促進(jìn)血管的形成。在生物材料和組織工程領(lǐng)域，應(yīng)對軟骨損傷是一個極具挑戰(zhàn)性的持久課題。人們一般用聚乙烯醇（PVA）水凝膠作為植入物，但它與周圍軟骨的結(jié)合性差，也因此限制了它的作用。Kisiday 等人28合成了肽 KLD12(AcN-KLDLKLDLKLDL-CNH2)，KLD12 形成的自組裝凝膠作為支架可以支持軟骨細(xì)胞的增長并有軟骨修復(fù)的作用。在體外培養(yǎng)一個月后，凝膠內(nèi)接種的軟骨細(xì)胞保留了其形態(tài)，并在細(xì)胞外基質(zhì)中產(chǎn)生一種豐富的蛋白多糖和型膠原蛋白，這表示穩(wěn)定軟骨組織表型已經(jīng)形成（圖 4），且發(fā)現(xiàn)用自組裝肽支架來培養(yǎng)軟骨細(xì)胞的增值速度是用瓊脂糖培養(yǎng)的 4 倍。之后，堅硬組織的質(zhì)

22、量在不斷增加，這也標(biāo)志著新的機(jī)械功能軟骨的形成。-5-圖 4 (A) KLD-12 自組裝肽的分子模型。(B) 甲苯胺藍(lán)著色的軟骨細(xì)胞接種于肽水凝膠中培育 15 天。(C)免疫組織化學(xué)著色的 II 型膠原蛋白細(xì)胞接種于多肽水凝膠中，于 10%牛血清中培養(yǎng) 15 天。(D) 接種于多肽水155凝膠中的軟骨細(xì)胞培育 35 天后抽提出的膠原蛋白的 SDS-PAGE 凝膠電泳。Fig. 4 (A) Molecular model of a single KLD-12 self-assembling peptide. (B) Toluidine blue staining ofchondrocyte s

23、eeded peptide hydrogel cultured in 10% FBS, day 15. (C) Immunohistochemical staining for type IIcollagen in cell-seeded peptide hydrogel cultured in 10% FBS, day 15. (D) SDS/PAGE of collagens extracted fromday 35 samples of chondrocyte-seeded peptide hydrogel cultured in 1% ITS with 0.2% FBS.28160自組

24、裝凝膠與傳統(tǒng)再生醫(yī)學(xué)修復(fù)材料的結(jié)合方面已經(jīng)日趨成熟，身體堅硬組織的再生與替換一直是人們面臨的挑戰(zhàn)。其中一種方法是用金屬植入物代替組織和器官，然而，這些合金材料的生物相容性較差。Sargeant 等人29將兩親肽（peptide 3）形成的自組裝凝膠整合到Ti-6Al-4V 多孔合金植入物中，該雜化材料可以與磷酸鈣完美的融合，細(xì)胞可以在里面生長。165170175體內(nèi)實驗表明新骨與鄰近骨骼的適應(yīng)性良好。3 超分子水凝膠在三維細(xì)胞培養(yǎng)支架材料領(lǐng)域的應(yīng)用眾所周知，細(xì)胞接種在不同表面涂層薄基板（即 2D）與接種在一層排列更緊密、模擬細(xì)胞成長環(huán)境的聚合物分子（即 3D）上，其結(jié)構(gòu)和功能會有很大的不同30

25、,31。生物醫(yī)藥研究者越來越意識到采用二維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的局限性。近年來，研究者把大部分注意力都集中在了模擬細(xì)胞生長環(huán)境的人工細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)或支架上32,33。與二維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)相比，三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可以提供更接近細(xì)胞生長的原始環(huán)境34。此外，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能特性可以被細(xì)致的觀察到，這些操作都是在動物標(biāo)本中無法實現(xiàn)的。水凝膠對于三維細(xì)胞微環(huán)境組織的研究具有巨大的潛力35。不僅是因為它的彈性模量接近于細(xì)胞生長的自然組織，同時也因其組成的可控性，可以在其結(jié)構(gòu)上加上促進(jìn)組織發(fā)展-6-的的化學(xué)、物理、生物結(jié)構(gòu)，從而可以使人類的某些器官在體外培植 36。也正因此，三位細(xì)胞培養(yǎng)具有深遠(yuǎn)意義。Lieban 等人

26、37的發(fā)現(xiàn)非常有趣，他們證明 9-芴甲基羰基（Fmoc）二肽，如 Fmoc-苯丙氨酸-苯丙氨酸（Fmoc-Phe-Phe）形成的凝膠可以作為三維細(xì)胞培養(yǎng)支架（圖 5）。能成功培180養(yǎng)細(xì)胞的關(guān)鍵是細(xì)胞在凝膠化之前接種細(xì)胞，凝膠自組裝使細(xì)胞固定在凝膠內(nèi)部并立即灌入細(xì)胞生長基質(zhì)，凝膠形成后，細(xì)胞能隨時間推移生長、生存。圖 5Fmoc-Phe-Phe 的結(jié)構(gòu)式與不同類型的細(xì)胞在自組裝水凝膠支架上的培養(yǎng)示意圖。(a)水凝膠連同懸浮細(xì)胞在微室的原位聚合；（b）細(xì)胞被固定于三位自組裝水凝膠微室；（c）犬腎細(xì)胞的三維生長狀況37185Fig. 5Chemical structure of Fmoc-Phe-

27、Phe and cell culturing of different cell types on self-assembled hydrogels.Formed by Fmoc-Phe-Phe. (a) Microchamber designed for the in-situ polymerization of the hydrogel (fibers)together with cells in suspension (spheres). (b) COS-7 cells immobilized in a 3D self-assembled hydrogel within amicroch

28、amber, as depicted in (a). (c) Illustration of the 3D growth of MDCK cells within the microchamber. 37190Bradley 等人38研發(fā)了具有規(guī)律的管狀微觀結(jié)構(gòu)的自組裝 Cu-藻脘酸鹽凝膠（CCAG）支架，為了防止 CCAG 在細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)中快速溶解，他們用殼寡糖處理 CCAG，使之成為穩(wěn)定的殼寡糖CCAG（OCCAG）聚合電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，并將小鼠胚胎干細(xì)胞接種在具有 OCCAG的支架上，觀察到細(xì)胞沿支架呈指數(shù)規(guī)律分化生長（圖 6）。195圖 6OCCAG 支架的發(fā)展形態(tài)。(a)CCAG 的增長圖

29、；（b）CCAG 塊，OCCAG 塊，介質(zhì)處理的 OCCAG塊（左至右）；（c）介質(zhì)處理 OCCAG 橫向切面圖；（d）介質(zhì)處理 OCCAG 縱向切面圖38Fig. 6Development and morphology of OCCAG scaffolds. (a) Image of growing CCAG; the smallest rulerdivision ¼ 1 mm. (b) Gross images of a CCAG block, OCCAG block, and media-processed OCCAG scaffold (leftto right); capi

30、llary long axis is oriented vertically. (c) OM image of a media-processed OCCAG scaffold200microstructure perpendicular to the capillary long axis, and (d) parallel to capillary long axis. Scale bars ¼ 5 mmfor (b), and 250 mm for (c) and (d). 38Zhou 等人39研究證明，水凝膠能成功用于細(xì)胞支架的關(guān)鍵是高度水合的凝膠官能團(tuán)與氨基酸的復(fù)合體能為

31、粘附的 RGD（精氨酸-甘氨酸-天門冬氨酸）或 RGOS（精氨酸-甘氨酸-7-205210215220225230235天門冬氨酸-絲氨酸）肽序列指定遺傳密碼。這已被證明是增加細(xì)胞與凝膠相互作用非常有價值的一個例子。此時的凝膠不僅包含 Fmoc-Phe-Phe，同時也包含肽序列 RGD，F(xiàn)moc-RGD三維納米仿生支架允許附著力傳播，并成功地做到成人皮膚成纖維細(xì)胞的增殖。Hartgerink 等 40的研究也用了這種在自組裝凝膠上加功能性基團(tuán)的方法。他們在肽（peptide 4）的基礎(chǔ)上成功的制備了一系列自組裝凝膠，合成了三種類似 peptide 4 的物質(zhì)。其中，peptide 5 含有具有

32、細(xì)胞粘附功能的基因序列 RGD，peptide 6 含 MMP-2 的裂解點，peptide 7 既含 RGD 又含 MMP-2 的裂解點。Peptide 7 的合成在極大程度上改進(jìn)了細(xì)胞的生存能力。生物材料科學(xué)在過去幾十年取得的巨大進(jìn)展。盡管如此，人們?nèi)匀恍枰哂袆?chuàng)新性的生物材料來提供更接近于體內(nèi)三維細(xì)胞培養(yǎng)的環(huán)境。Fabrizio 等人41直接和系統(tǒng)的對比了神經(jīng)干細(xì)胞分別接種在 RADA16-自組裝肽支架和其他自然派生的支架，包括型膠原蛋白、纖維粘連蛋白，以及一些最常用的合成生物材料的聚合物，如聚乳酸、聚己內(nèi)酯等。實驗中發(fā)現(xiàn)，自然派生基底呈現(xiàn)最好的形態(tài)，而 RADA-16-自組裝肽支架與其

33、他生物材料相比并未顯現(xiàn)出優(yōu)勢。該結(jié)果也證明雖然自組裝肽支架是非常好的細(xì)胞培養(yǎng)支架材料，但要合成一個好的肽支架，必須要有活性功能性基團(tuán)，從而加強(qiáng)細(xì)胞間的相互作用。這種自組裝凝膠肽支架的機(jī)械性能受到多種因素的影響，其中兩個最主要的影響是疏水殘基含量和肽序列的長度。4 展望通過分子間非共價鏈自組裝形成的超分子水凝膠及其復(fù)合物在仿生材料方面的應(yīng)用越來越廣泛，隨著人們對自組裝過程的認(rèn)識以及對凝膠因子的合成及其性質(zhì)的研究，目前，自組裝超分子水凝膠因具有與體內(nèi)相似的生理環(huán)境，已成功的應(yīng)用于三位細(xì)胞培養(yǎng)中，此外，以超分子水凝膠為基礎(chǔ)的藥物輸送體系與傳統(tǒng)的藥物輸送體系相比，其結(jié)構(gòu)更易控制，并具有良好的生物相容性

34、及可降解性，因此也越來越受到人們的關(guān)注。雖然超分子水凝膠在生物材料領(lǐng)域的研究成果很突出，但是在這一領(lǐng)域還有許多挑戰(zhàn)，在這類超分子水凝膠完全服務(wù)于人類之前，水凝膠的合成和功能化仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，其核心問題在于我們是否能真正認(rèn)識自組裝機(jī)理以及水凝膠微結(jié)構(gòu)與其性質(zhì)、功能的關(guān)系。對于這一問題的深入研究，將有助于我們解決它們在醫(yī)藥方面應(yīng)用的關(guān)鍵問題，其中包括怎樣控制藥物、蛋白質(zhì)以及活性細(xì)胞的穩(wěn)定性。此外，在自組裝水凝膠的合成方面，我們可以引入各種功能性基團(tuán)，如合成熒光性自組裝水凝膠，這樣不但可以在體內(nèi)對凝膠進(jìn)行監(jiān)控，而且還可以利用熒光輔助成像技術(shù)幫助研究者在靶向部位更有效的利用凝膠。因而，合成功能性

35、自組裝凝膠具有廣闊的應(yīng)用前景，并已成為超分子凝膠發(fā)展的重要方向。-8-240245250255260265270275280285290295300參考文獻(xiàn) (References)1 Sangeetha N. M., Maitra U. Supramolecular gels: Functions and usesJ. Chemical Society Reviews, 2005, 34:821-836.2 Terech P., Weiss R. G. Low molecular mass gelators of organic liquids and the properties of t

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