Science Advances | 中山大学何留民/戎利民开发了新的水凝胶，用于脊髓损伤后神经再生

大分子和小分子之间的相互作用对分子组装过程有很大影响，并在调节合成的复合材料中发挥着关键作用。因此，了解小分子和大分子之间相互作用的机制对于创造创新生物材料的“自下而上”战略至关重要。然而，这一领域很少被调查，直到现在仍然具有挑战性。

2023年6月23日，中山大学何留民及戎利民共同通讯在Science Advances 在线发表了题为“Cooperative assembly of a designer peptide and silk fibroin into hybrid nanofiber gels for neural regeneration after spinal cord injury”的研究论文，该研究报道了一种由小功能自组装肽（F-SAP）和大丝素蛋白（SF）制备的混合水凝胶，用于脊髓损伤后神经再生。用生物材料局部重建允许的环境是治疗脊髓损伤（SCI）的一种很有前途的策略。SF胶束向F-SAP溶液中的扩散是由渗透压和F-SAP/SF静电相互作用之间的动态协同作用驱动的，导致SF胶束的重排和轴几乎垂直于F-SAP纳米纤维的棒状细丝的形成。

光谱分析，包括圆二色性、拉曼光谱和荧光光谱，表明SF从无规卷曲到β片的构象变化，这有助于增强所得混合水凝胶的机械性能。此外，F-SAP/SF混合水凝胶与NT-3的控制释放相结合，通过提供用于再生轴突、炎症调节和髓鞘再生的纳米纤维基质，为神经再生提供了允许的环境，从而改善了运动和电生理特性。这种水凝胶可作为SCI的长期体内支架。总之，该研究为这些混合水凝胶中分子相互作用之间的合作相互作用提供了基本的见解，并为开发促进SCI后神经再生的有效策略提供了一种有前途的方法。

创伤性SCI不可逆转地导致低于损伤水平的毁灭性感觉和运动功能损伤，甚至持续瘫痪。现在人们普遍认为，恶劣的创伤后环境对成功的神经再生和功能恢复构成了巨大的障碍。临床和动物研究都表明，脊髓损伤会引发一系列病理生理事件，导致中心充满脑脊液的囊性病变。因此，病变空间中细胞外基质（ECM）的缺乏阻碍了细胞元件和再生轴突的浸润，并损害了用于治疗目的的移植细胞的存活。因此，靶向囊肿性腔在SCI介入治疗中具有重要意义。一种广泛使用的策略是用生物材料局部重建神经再生的许可环境，这可以为轴突生长提供物理和生物化学线索。水凝胶作为一种三维（3D）水性基质，被认为是一种很有吸引力的选择，可以模拟ECM的复杂结构，并作为促进神经再生的桥梁。

丝素蛋白（SF）是从家蚕茧中分离出来的一种纤维蛋白，由于其良好的生物相容性和低免疫原性，已被认为是一种有前途的生物医学应用生物材料。SF水凝胶可以通过从无规卷曲到β片的构象转变形成，称为自组装。已经记录了启动SF自组装的各种刺激，包括温度、浓度、pH水平和一元醇的添加。剪切和超声等机械处理也能够诱导SF自组装为β折叠结构。众所周知，肽可以用具有生物活性的氨基酸序列作为具有特殊生物功能的活性位点进行修饰。功能肽与SF的结合提供了一种可行的方法来增强组织再生的生物活性。

提出的SF和F-SAP在接触界面的相互作用机制（图源自Science Advances ）

在此，研究者报道了一种由小分子F-SAP和大分子SF协同组装的新型F-SAP/SF混合水凝胶。良好的生物相容性、低免疫原性和生物降解性使SF成为神经再生的一个有前途的候选者。F-SAP和SF之间的相互作用发展成纳米纤维的双重网络，形成了一种混合水凝胶，具有模仿ECM结构的能力，并结合F-SAP和SF的独立可调生化特性。所得到的F-SAP/SF水凝胶是通过非共价相互作用形成的，因此具有高度的生物安全性。与SF疏水性嵌段相关的拉伸熵促进了从球形胶束到杆状纤维的形态转变，最终发展成纳米纤维的双重网络，而不是致密膜。F-SAP/SF水凝胶的密集双网络将减少NT-3在混合水凝胶中的扩散，导致缓慢和持续的释放。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg0234

转自：“iNature”微信公众号

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