生長因子 PEG-纖連蛋白水凝膠應用

更新時間：2023-08-15 點擊次數：1866

細胞外基質衍生的基質膠含有多種生長因子。并且它具有支持細胞增殖、遷移和分化的ECM特性，因此廣泛應用于體外細胞培養。但此類基質膠成分未知，穩定性較差，物理性質缺乏可控。因此，開發一種兼具ECM功能和合理設計的可控生物材料顯得尤為重要。

格拉斯哥大學 Manuel Salmeron-Sanchez 教授的團隊在《生物材料》雜志上發表了一篇文章“采用全長纖連蛋白設計的 3D 水凝膠，可隔離并呈現生長因子"。研究人員利用聚乙二醇共價結合全長的纖連蛋白，制備了一種可以富集和控制生長因子的PEG-纖連蛋白水凝膠。并證明水凝膠可以結合血管內生長因子（VEGF）和骨形態發生蛋白（BMP2）促進血管生成，實現骨再生。

FNPEG水凝膠的制備及表征

FN 通過邁克爾型加成反應與 PEG 網絡共價結合，形成 FN 標記的 FNPEG 水凝膠。 FN免疫熒光染色和釋放檢測結果表明，FN均勻分布在水凝膠網絡中，結合穩定。 PEG可以控制FNPEG水凝膠系統的物理和化學性質。隨著體系中PEG含量的增加，FNPEG水凝膠的溶脹性能和楊氏模量也顯著提高。此外，添加0.5VPM可降解交聯劑將增強水凝膠的機械強度。

FNPEG水凝膠可穩定結合生長因子

FN可以隨機與生長因子結合，例如通過FNIII12-14與VEGF結合。因此，與PEG相比，FNPEG水凝膠可以有效共聚大量生長因子。研究人員使用熒光標記的 VEGF 來追蹤其隨時間的釋放。將熒光標記的 VEGF 混合到 PEG 和 FNPEG 水凝膠中進行釋放實驗。 24小時后，PEG釋放了所有VEGF，而FNPEG水凝膠保留了50%的VEGF。同時，將PEG和FNPEG水凝膠置于相同濃度的熒光標記VEGF中，測試其結合VEGF的能力。

結果表明，每毫升 FNPEG 水凝膠比 PEG 多結合 2μg VEGF。此外，可降解交聯劑VPM的存在不會影響水凝膠與VEGF的穩定結合，表明FNPEG水凝膠可以通過其自身的降解特性來控制生長因子的釋放。

FNPEG水凝膠可促進微血管網絡的形成

PEG和FNPEG水凝膠中HUVEC的存活率沒有顯著差異。研究人員將接種了HUVEC的微載體封裝到FNPEG水凝膠和Matrigel中，并在培養基中添加VEGF，以研究FNPEG水凝膠在3D培養過程中促進管出芽的作用。在含有VEGF的FNPEG水凝膠中，出現了大量與Matrigel類似的血管出芽現象，并且連接的血管芽的面積比Matrigel更多。

研究人員進一步將HUVEC和VEGF直接封裝到FNPEG水凝膠中，研究FNPEG水凝膠是否能像Matrigel一樣促進三維交換中的血管形成。第1天和第2天，FNPEG水凝膠形成比Matrigel組和含有VEGF的PEG組更寬的血管簇。然而，從第3天開始，FNPEG水凝膠中的血管簇開始分解，表明這些細胞復合物不穩定。需要周細胞、平滑肌細胞和其他類型的細胞來穩定新形成的毛細血管。

研究人員使用更復雜的雞胚尿囊膜來測試FNPEG水凝膠是否可以促進毛細血管的形成。添加和未添加 VEGF 的 FNPEG 水凝膠雞胚尿囊膜上毛細血管的分叉和連接數量均顯著高于對照組，表明 FNPEG 水凝膠不僅具有持久持續釋放 VEGF 的能力，雞胚尿囊膜在發育過程中產生的尿囊膜也可保留在原位，促進毛細血管生成。然而，有或沒有VEGF的PEG水凝膠實驗組與對照組之間沒有顯著差異。進一步證實VEGF在最初的幾個小時內從PEG中快速釋放，導致VEGF從局部區域相對快速地消失。

負載 BMP2 的 FNPEG 水凝膠促進骨骼生長

研究人員利用成年小鼠構建了骨不連（臨界尺寸）半徑缺損模型，并證明負載BMP2的FNPEG水凝膠可以促進體內骨骼生長和修復。各組件水凝膠管狀支架的骨缺損修復結果顯示，隨著BMP2的增加，骨生長從FNPEG-到FNPEG+再到FNPEG++增加，FNPEG++組實現骨缺損閉合。番紅-O固綠和蘇木精組織切片染色結果顯示，FNPEG+和FNPEG++ Hydro植入處有大量膠原沉積。