两亲性共聚物热致水凝胶

随温度升高发生溶胶-凝胶转变的热致水凝胶是一类重要的可注射的生物医用材料.当其相转变温度处于或高于室温而低于体温时,该类材料可在室温或低温下负载药物或细胞,并在注射入人体后原位形成凝胶,成为药物持续释放的储库或细胞生长的支架.目前,常见的热致凝胶化的聚合物包括聚乙二醇(PEG)/聚多肽嵌段共聚物、聚有机磷腈,以及PEG/聚酯嵌段共聚物等.本综述侧重于复旦大学生物医用材料课题组在PEG/聚酯类可注射性热致水凝胶方面的研究进展,并结合国内外其他课题组的相关研究,介绍了此类材料性能的调控规律、凝胶化机理,以及潜在的医学应用.     

新型聚类肽生物高分子材料及其在生物医用领域的应用

聚类肽高分子是一种具有良好生物相容性的新型生物高分子材料.聚类肽高分子具有与聚肽高分子相似的主链结构,其取代基位于主链氮原子上,其主链上不含有手性中心和–NH···O=C–氢键相互作用.因此,聚类肽高分子具有较为柔顺的主链结构、良好的溶解性,以及优异的蛋白酶稳定性.此外,聚类肽高分子的性能主要由侧链结构和性质决定,通过对聚类肽高分子侧链结构的合理设计,可以有效调控其性能.聚类肽高分子具有类似蛋白质的主链结构,从而使其具有优良的生物相容性以及潜在的生物活性.本文首先对聚类肽高分子这类新型高分子材料进行了介绍,进一步对聚类肽高分子常用的合成方法、刺激响应性聚类肽高分子材料、分子自组装构筑新型微纳结构进行了概述,最后对聚类肽高分子在抗菌、防污涂层、基因转染、药物传递、以及诊疗学等生物医用领域的相关应用及其未来的发展进行了详细的总结阐述.     

基于谷氨酸树枝状两亲分子的超分子水凝胶的收缩及其功能化应用

超分子凝胶是基于低分子量凝胶剂分子在溶剂中通过分子间非共价相互作用自组装形成的具有网络骨架结构的半固态、半液态的软物质材料,其易于制备、组装结构多样并具有多重刺激响应性,有望在智能材料等领域得到应用.刺激响应性包括一些物理或化学刺激,如温度、pH、离子强度、磁场、电场、光照、氧化还原、化学及生物物质等,凝胶材料可以在这些刺激下发生诸如凝胶的形态(溶胶-凝胶)、体积(收缩-膨胀)和形状(形状记忆)等的可逆变化.其中,可以发生宏观上的体积相转变的刺激响应性水凝胶尤为引人注目,在药物释放、生物感应、可控微流阀门以及组织修复愈合等方面具有广阔的应用前景.本文介绍了一种基于谷氨酸树枝状两亲分子的具有体积收缩功能的超分子水凝胶,阐述了该凝胶体系对金属离子、pH、温度和光等刺激信号的响应及其可逆收缩-膨胀机理,并介绍了利用超分子凝胶的收缩特性在混合染料分离、可视化手性识别与检测、手性光学开关和药物释放等领域的应用.     

瞬态水凝胶的研究进展

生命体通过生物化学燃料驱动的分子瞬态组装与解组装来控制重要的细胞功能,例如细胞内肌动蛋白的可逆形成等.受此启发,科学家将非平衡过程引入水凝胶体系中,获得了智能胶体材料-瞬态水凝胶.瞬态水凝胶是人工设计的非平衡态胶体分散体系,由于体系内部的化学反应可自发地转化为溶胶.目前该领域研究的重点主要集中在瞬态凝胶体系的拓展以及空...     

聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶的构建及性能

在水溶性大分子聚磷酸酯二丙烯酸酯(PEEP-DA)与聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG-DA)中加入光引发剂I2959,在紫外光照射下交联形成三维水凝胶体系.研究结果表明,与聚乙二醇水凝胶相比,聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶具有更好的生物可降解性.其中, PEEP-DA/PEG-DA比例为5:25的复合水凝胶植入到小鼠体内28 d后基本完全消失.而包裹骨髓间充质干细胞(BMSCs)后,复合水凝胶体系中细胞活性更好;聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶能够显著增强碱性磷酸酶活性,提高钙沉积.本研究提供了一种新的聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶体系,在作为细胞支架方面有一定应用潜力.     

对-环胺甲基苯丙氨酸的合成、拆分及保护

在肽类药物的研究中,合成具有特殊结构的天然肽类似物,是探索肽结构与功能关系的重要方法,也是寻找高效低毒肽类药物的重要途径。这种工作大致可从几个方面进行:1.改变肽的主链结构。在肽链中引入其他化学键,如将酰胺键的羰基变为硫羰基等。2.改变氨基酸残基的侧链结构。如引入非天然氨基酸或对天然氨基酸侧链进行化学修饰等。3.肽链中引入D型氨基酸能有效地抑制体内蛋白酶对肽链的水解,也能改变肽的构象。     

基于开环聚合的聚氨基酸材料的二级结构效应及调控

聚氨基酸是一类蛋白模拟物,近年来在诸多领域都有着广泛的应用.同天然的蛋白质一样,聚氨基酸的主链氢键作用也赋予其丰富的二级结构,而二级结构的调控对材料的功能以及组装等都有着十分重要的意义.本文结合聚氨基酸近几年的最新研究进展,分析了聚氨基酸二级结构的形成机制以及侧基功能化对二级结构的影响,总结了二级结构的影响因素,在此基础上,详细阐述了二级结构的调控方法,并探讨了二级结构的形成对穿膜、基因递送、抗菌性能、自组装行为以及蛋白修饰的影响.     

二苯丙氨酸二肽有序纳米结构的组装及应用

二苯丙氨酸二肽(L-Phe-L-Phe,FF)是引起阿尔兹海默症的A?-多肽成纤维的关键识别序列,具有优异的自组装性能,是制备生物功能性纳米材料的重要组装基元.迄今为止,研究者已制备出多种FF基微纳米结构,但是如何有效地控制自组装材料的形状和尺寸一直都是研究的关键和热点.近年来,本课题组通过改变组装条件以及引入外源小分子等方法来调控FF基肽分子的组装,成功实现了对肽基组装材料的形状、结构和功能的调控.这些研究不仅丰富了FF基肽分子的组装结构,同时也为其他肽基纳米材料的制备和生物功能材料的开发提供了新的策略和重要的实验依据.     

一种由其离子液体制备的新型纤维素水凝胶

纤维素能很好地溶解在AMIMCl这种离子液体中. 将溶解后的纤维素AMIMCl离子液体溶液与水交换后可得到一种透明的纤维素水凝胶(图1). 傅里叶变换红外光谱、元素分析等测试表明, 这种纤维素水凝胶中只含有再生纤维素和水, 而无其他成分. 利用紫外-可见光光度计测量了浓度为15和25 mg/mL的水凝胶在350~700 nm波长范围内的透光率, 两种浓度水凝胶的透光率差别不大, 2 mm厚的水凝胶的透光率在650 nm波长处可达到80%. 本文利用压缩强度来衡量凝胶的力学性能, 分别测试了10, 15, 20 和30 mg/mL纤维素水凝胶的压缩强度, 发现水凝胶的压缩强度随着凝胶的浓度增加而升高, 其中30 mg/mL 的水凝胶在形变为52.5%时其压缩强度可达到0.6 MPa. 本文还研究了凝胶的耐腐蚀性能和耐热性能, 发现纤维素水凝胶有着优异的耐腐蚀性和较好的耐热性. 纤维素水凝胶在腐蚀性溶液中浸泡3 d后, 其压缩强度与未处理的凝胶相比几乎无变化; 经沸水煮过的纤维素水凝胶形状未发生变化, 只是力学强度有一定的损失. 水凝胶经冷冻干燥去除水分后, 用扫描电子显微镜(SEM)观察了干态凝胶的表面和断面形貌. 水凝胶的表面和断面结构差别很大, 水凝胶的表面结构比内部结构致密得多, 凝胶表面由尺寸为20~60 nm的孔组成. 这种价格低廉、无毒、各项物理性能良好的透明纤维素水凝胶有望用于生物组织材料以及纳米级过滤材料.     

自修复水凝胶材料的设计合成及生物医学应用

水凝胶柔软且有弹性,含水量高,其结构、性能与生物组织相似,生物相容性和生物安全性好.因此,被广泛应用于组织工程、药物输送、创伤敷料等领域,具有非常广阔的应用前景.自修复材料模仿生物体损伤自愈原理,自行发现损伤和裂纹并通过一定机理自修复愈合,是近年来水凝胶领域的研究热点和难点.本文综述了近10年来具有代表性的自修复物理水凝胶和自修复化学水凝胶等新型高分子水凝胶方面的重要研究进展,总结了其设计与合成的基本原理和方法,介绍了几种典型的水凝胶自修复机制,阐述了基于静电作用、疏水作用、氢键作用、主客体作用等物理作用,以及基于酰腙键、亚胺键、二硫键等可逆化学键作用的自修复水凝胶的应激自修复原理和特性.在此基础上,分析讨论了自修复水凝胶作为潜在生物材料仍需解决的关键科学问题,并对本领域的发展趋势进行了展望.     

一种新型可注射性组织工程水凝胶的双组分引发体系细胞毒性的负协同效应

化学交联水凝胶有望成为一类新型可注射性组织工程水凝胶, 但是合适的、低毒性的引发体系是其瓶颈. 为了考察此类化学交联水凝胶的可行性, 本文对过硫酸铵(APS)/四甲基乙二胺(TEMED)氧化还原引发体系的体外细胞毒性进行了初步研究. 首先考察了不同引发剂浓度对大单体自由基聚合反应速率的影响, 以保证所考察的引发体系的剂量足以导致在体温和水环境中迅速凝胶化. 采用MTT定量检测和光学显微镜直接观察的方法研究了引发体系对NIH/3T3细胞的细胞毒性. 发现上述两种化学物质的细胞毒性呈现负协同效应, 即APS/TEMED组在高剂量时的细胞毒性比单独使用APS或TEMED还要低.     

基于表面微图案化技术研究细胞取向

近年来, 利用条纹状图案化表面研究细胞取向成为一种独到的手段. 采用了光刻转移技术在聚乙二醇(PEG)水凝胶的表面进行金(Au)的图案化修饰, 这种方法可以得到稳定的具有显著细胞黏附反差的微图案化表面. 利用该图案化表面技术引导细胞黏附后的取向, 进而基于细胞的显微照片定义了5个参量, 并进行了统计. 发现随着条纹间距的增加, 细胞的取向度, 长短轴比以及金条纹上的细胞占有率均逐渐增大,而单细胞的铺展面积总体呈减小趋势, 但它们随条纹间距增大而发生突然变化的区域并不完全一致; 同时黏附细胞在金条纹上的有效黏附比呈现非单调变化. 5个统计参数组合在一起, 良好地描述了细胞在条纹表面黏附后的取向. 条纹状Au-PEG水凝胶复合图案表面的利用以及相应参量的统计和比较为今后研究细胞在生物材料表面的取向行为提供了一种有效的模型化方法.     

新型HLA-A2限制的B, C型HBV特异性CTL表位的筛选及鉴定

乙型肝炎病毒(HBV)特异性CD8+ T细胞(CTL)介导的细胞免疫应答在控制HBV感染和病毒清除中至关重要, 已鉴定的T细胞表位绝大多数都来自A, D基因型的乙肝病毒, 而在我国流行的B, C型病毒表位研究较少. 本研究合成重叠九肽肽库, 通过细胞结合试验和体外重折叠实验系统筛选和鉴定B型和C型HBV核心蛋白表位, 发现一个在60位氨基酸由L变异成V(L60V)而产生的新表位HBcAg60-68. 表位肽能在HLA-A2/K^b转基因小鼠体内激发特异性CTL细胞免疫反应. 检测HLA-A2阳性乙肝患者表位特异性CTL证明该九肽序列为体内自然加工的表位, 这为研究HBV感染中特异性CTL免疫应答提供新的依据.     

科学信息

Progress in Neurobiology《神经生物学进展》Vol.36,No.3,1991年1.乙醇对行为影响的机理本文涉及乙醇作用原理、乙醇的药物特性、机体对乙醇的耐受性和依赖性,乙醇与细胞中钙离子关系等内容,此外,还对酒精对体内兴奋性氨基酸受体的关联以及行为表现进行了探讨.     

气凝胶纳米多孔材料传热计算模型研究进展

对新型气凝胶纳米多孔隔热材料等效热导率计算模型在近年来的发展进行了研究总结,介绍了(1)纳米尺度下气凝胶隔热材料的气相/固相/辐射等不同传热模式的传热特点;(2)气凝胶纳米尺度多孔网络中的气相传热、固相传热以及辐射传热的理论计算、数值预测以及经验关联等不同计算模型的特点及建立方法;(3)气凝胶纳米多孔隔热材料以及气凝胶复合隔热材料的整体等效热导率计算模型的研究进展;(4)以前期开展的研究工作为例,具体说明了气凝胶复合隔热材料从纳米尺度到微米尺度的传热模型的建立过程以及整体等效热导率计算模型的建立方法;(5)对分子动力学方法在气凝胶纳米多孔材料中的应用做了简要介绍.最后指出,对于气凝胶纳米多孔材料,其纳米尺度下的气固接触界面等特殊区域的耦合传热机理研究还不完善,复杂结构的纳米颗粒的固相热导率以及整体热导率计算模型也不够准确.因而采取适用于纳米尺度下的传热计算方法对这些问题进行更细致深入的研究,可以为进一步阐明气凝胶复合隔热材料内部的热量传递机理,建立更准确的气凝胶复合隔热材料传热计算模型,探索不同影响因素对传热性能的影响规律,以及开展气凝胶复合隔热材料的性能预测及优化等方面的研究,提供理论指导帮助.     

乳腺癌细胞靶向特异性多肽研究

通过噬菌体肽库技术, 研究能特异性结合并具有携带目的基因进入靶细胞能力的多肽. 以人乳腺癌细胞MDA-MB-231为靶细胞, 与pC89噬菌体肽库共培养筛选出能特异性进入靶细胞的小肽噬菌体. Subtilisin被用于灭活未进入细胞的噬菌体, 进入细胞的特异性小肽噬菌体经细胞裂解、转化E. coli XLI-Blue得到扩增. 经5轮反复共培养, 富集得到能特异性进入乳腺癌细胞的小肽噬菌体. 以RGD-integrin binding噬菌体为对照, 分别检测乳腺癌细胞特异性小肽噬菌体与MDA-MB-231、其他乳腺癌细胞株以及实体瘤细胞株的亲和性. 测序并合成无噬菌体外壳蛋白的特异性多肽(CASPSGALRSC)以标记FITC; 同时为了解氨基酸序列排列对特异性的影响, 合成了调整氨基酸序列排列次序的多肽(CGSLSRAPSAC), 并检测其与人乳腺癌细胞的特异性. 实验获得与MDA-MB-231细胞特异性结合的小肽噬菌体; 合成的无噬菌体外壳蛋白的多肽序列保持与MDA- MB-231细胞的特异性, 并且亲和性高于嵌合蛋白(RGD-integrin). 本研究建立了一种利用噬菌体肽库研究能结合或进入不同细胞的未知多肽的技术; 得到了一条能与MDA- MB-231高特异性结合的氨基酸多肽序列; 这种高特异性呈现氨基酸多肽序列高度依赖性; 该氨基酸多肽具有作为乳腺癌基因治疗高效靶向性载体的潜在临床应用价值.     

生物医用纳米材料在增强肿瘤细胞免疫原性死亡中的应用

激活机体的适应性免疫反应是提升长期抗肿瘤疗效的关键因素.化学治疗、放射治疗、光动力治疗(photodynamic therapy, PDT)等方法可诱导肿瘤细胞发生凋亡并伴随着免疫原性死亡(immunogenic cell death, ICD). ICD引起的损伤相关分子模式(damage associated molecular patterns, DAMPs)分子的暴露或释放可刺激免疫系统发挥抗肿瘤免疫作用,招募抗原递呈细胞(antigen-presenting cell, APC),激活T细胞适应性免疫应答.因此,在肿瘤免疫治疗中ICD诱导剂可以改善其治疗效果,从而提高患者生存率.越来越多的研究表明,基于纳米材料的癌症治疗平台不仅可以实现特定肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)刺激响应的药物控制释放,并且其可以调节TME进而诱导肿瘤细胞发生ICD,这撞击出了癌症纳米医学的新火花.自此以后,设计和构建增强肿瘤ICD效应的生物医用材料的相关研究受到了极大关注.基于此背景,本文首先介绍了肿瘤ICD的成因以及纳米材料在诱导肿瘤ICD中发挥的多重功能.其次...     

壳聚糖/明胶网络聚合物微球药物释放行为的研究

近年来,以刺激响应水凝胶为载体的智能药物释放体系尤为引人注意,因其药剂可响应病理环境信号自反馈而控制释放.采用天然高分子化合物如壳聚糖组成的脉冲药物释放体系颇为有利.因壳聚糖(1,4-α-乙酸胺基-α-脱氧-β-D葡聚糖)为自然界最丰富的多糖之一,可由虾壳和蟹壳中的甲壳素脱乙酰化制备,且无毒能为生物体吸收,在体内有降低脂质的作用.Nishimura等将阿霉素负载于壳聚糖微球,考察其抗肿瘤特性.Chandy等则用于壳     

载银羟基磷灰石抗菌涂层抗菌性能及对成骨细胞影响的体外实验

为研究真空等离子喷涂的载银羟基磷灰石(HA)涂层的抗菌及成骨传导性能, 采用真空等离子喷涂技术制备载银羟基磷灰石(HA/Ag)涂层, 并对其银离子的缓释、对细菌生物膜生长的影响以及对成骨细胞的早期黏附及矿化能力影响进行检测. 结果表明, 该涂层银离子释放浓度大于抗菌有效浓度且未达到细胞毒性浓度; 与单纯HA涂层比较, HA/Ag涂层表现出良好的抗菌性能, 并对成骨细胞早期黏附及矿化能力具有同样的促进作用. 真空等离子喷涂的HA/Ag涂层具有良好的抗菌及骨传导性能, 可作为骨科内植物表面涂层材料进一步研究.     

分子动力学模拟研究穿透肽的跨膜机制及引导新肽设计

细胞穿透肽在体内缺乏细胞和组织专一性,使得这类载体的临床应用受到很多限制.成功设计各类疾病特异性靶向穿透肽的关键是充分认识这类多肽的跨膜分子机制.分子动力学模拟已逐渐成为开展该领域研究不可或缺的重要工具,与实验研究相互促进,对特异性靶向穿透肽的设计具有重要的指导作用.目前,利用分子动力学模拟主要开展的研究内容包括跨膜过程、跨膜自由能变化、多肽序列结构特征以及不同细胞膜组成如何影响其跨膜机制等.随着分子模型及增强采样方法的发展,单组模拟能够直接快速获取多肽跨膜自由能和构象变化.因此,分子动力学模拟对如何改造或设计细胞靶向穿透肽提供理论依据和指导,对改善药物跨膜能力、减少药物对其他健康组织的毒害等方面有着重要的科学和实际意义.