肽基生物材料應(yīng)用——組織工程

組織工程學(xué)對抗常規(guī)嫁接

組織工程是傳統(tǒng)移植的一種有前途的替代方法。移植是一種外科手術(shù)，旨在將組織從一個部位轉(zhuǎn)移到另一個部位或從供體轉(zhuǎn)移到患者，用健康的皮膚、骨骼、軟骨、神經(jīng)或血管替換受損的皮膚、骨骼、軟骨、神經(jīng)或血管。相比之下，用于組織工程的生物材料包括支架、細(xì)胞和生物活性分子。這種協(xié)同組合是目前組織修復(fù)和再生的安全的選擇之一。

構(gòu)成組織工程用生物材料的典型元素包括:

• 腳手架:復(fù)合材料，或天然和合成聚合物

• 生物活性分子:小分子、蛋白質(zhì)或肽，例如細(xì)胞粘附肽和自組裝肽

• 單元格(可選):間充質(zhì)干細(xì)胞

由于慢性疾病發(fā)病率的增加、常規(guī)移植供體的低可用性以及醫(yī)學(xué)移植的固有限制，對該領(lǐng)域的興趣一直在穩(wěn)步增長。這些生物材料的目的是促進(jìn)患者的組織再生，或者使用生物活性分子修飾的無細(xì)胞支架，或者將這些修飾的支架與患者自身的MSCs相結(jié)合。

用于組織工程生物材料的支架和細(xì)胞

設(shè)計模仿天然細(xì)胞外基質(zhì)，支架是生物相容的、可生物降解的、多孔的和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，能夠支持細(xì)胞生長。用于這些應(yīng)用的天然聚合物包括膠原蛋白、殼聚糖、彈性蛋白和透明質(zhì)酸(HA)等。用作組織工程生物材料支架的合成聚合物通常包括聚ε-己內(nèi)酯(PCL)、聚乳酸(PLA)和聚乙醇酸(PGA)等。

天然和合成聚合物都有特定的優(yōu)點和局限性。例如，天然聚合物以其高生物相容性而聞名，但機(jī)械性能差，經(jīng)常導(dǎo)致過早分解。相比之下，合成聚合物往往比它們的天然對應(yīng)物更穩(wěn)定，但表現(xiàn)出低生物相容性，經(jīng)常導(dǎo)致炎癥，并最終導(dǎo)致生物材料的排斥。增強(qiáng)生物相容性可降低不良反應(yīng)的風(fēng)險，通常通過用生物活性分子修飾天然或合成支架的表面來實現(xiàn)。

細(xì)胞是這些生物材料的另一個重要組成部分，從脂肪組織或骨髓中分離出來的成人間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)是目前再生醫(yī)學(xué)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。它們表現(xiàn)出自我再生和分化成不同細(xì)胞類型的能力，使它們成為新的健康組織的有用構(gòu)件。

用于組織工程生物材料的生物活性分子

在目前用于組織工程生物材料的大量生物分子中，肽作為聚合物支架的改性劑起著至關(guān)重要的作用。與蛋白質(zhì)修飾的生物材料相比，肽修飾的支架具有相似的特性。但是與蛋白質(zhì)相比，將肽用于組織應(yīng)用具有幾個顯著的優(yōu)勢:

• 肽的合成要簡單得多劃算的而不是蛋白質(zhì)表達(dá)

• 肽修飾是坦率的

• 這些小分子也是更有抵抗力溫度和pH值等環(huán)境條件，而蛋白質(zhì)往往在非生理條件下降解

• 肽往往有較低的免疫原性與大蛋白質(zhì)相比

由于這個原因，肽已經(jīng)成為用于組織工程應(yīng)用的生物材料的優(yōu)選生物活性成分。下表提供了一些具有突出生物活性的肽的例子: