设计用于个性化医疗修复的可定制生物粘合剂

PHYS | 2023/12/7 7:17:59 外科手术中使用的传统医用粘合剂通常生物吸收性有限、毒性高且缺乏可定制性，导致手术结果不佳。合成生物学的最新进展提供了一种有前途的替代方案——专为特定的内部生物医学应用（例如组织修复和手术胶水）而设计的定制生物相容性和可生物降解的粘合剂。

研究人员与能源、环境教授张福中教授合作|圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的化学工程学院正在利用完全由蛋白质构建的新型水凝胶来应对这一挑战。

张的合作者包括能源、环境副教授 Marcus Foston、机械工程 Harold 和 Kathleen Faught 教授 Guy Genin；穆罕默德·A·扎耶德 (Mohamed A. Zayed)，外科和放射学副教授。它们的可编程设计可以精确控制机械和粘合性能，解决合成生物胶的局限性。该研究发表在 ACS 应用材料 |接口。

张实验室的研究生、该研究的第一作者 Juya Jeon 说：“这项工作是第一个证明合成生物学不仅可以用于生产材料，还可以用于理解材料序列-结构-功能关系的工作之一。” 。

“我们的水凝胶是由人工设计的蛋白质制成的，这些蛋白质以前从未被创造过。这些独特的蛋白质赋予我们的水凝胶一系列有利的特性，包括出色的机械和水下粘合特性，同时具有生物可吸收性，并且独特地适合组织修复/工程应用。 ”

该团队的新材料建立在张实验室先前对水下粘合剂的研究基础上，其灵感来自于水生贻贝及其粘性贻贝足蛋白（Mfp）。 Jeon 通过仔细地将丝淀粉样肽和 Mfp 组合成丝淀粉样贻贝足蛋白 (SAM) 水凝胶，对早期工作进行了改进。

Jeon 扮演着分子厨师的角色，调整了两种主要成分的比例，以实现 SAM 水凝胶，该水凝胶可以进行微调，以显示生物相容性、生物吸收性、强度、拉伸性和水下对生物表面的粘附性的独特组合。

Jeon 还探索了蛋白质序列和水凝胶特性之间的复杂关系，这对于设计具有针对个性化医疗修复应用的定制特性的 SAM 水凝胶至关重要。通过使用丝淀粉样蛋白和 Mfps 的不同组合制造 SAM 水凝胶，Jeon 和Zhang 成功揭示了材料结构和性能之间的复杂关系。

他们发现，丝淀粉样蛋白重复序列​​的增加显着增强了内聚强度和韧性，而延长 Mfp 长度则增加了表面粘附力，但降低了整体强度。在临床前模型上进行测试时，一种特别令人感兴趣的变体表现出卓越的强度、抗应变性和水下粘附性。

张说：“这项研究中发现的序列-结构-性能关系为指导具有可调性能的蛋白质粘合剂的未来设计提供了宝贵的见解，为针对特定应用定制的粘合剂铺平了道路。”

“这项研究标志着追求更安全、更有效的手术粘合剂的重大飞跃，为满足不同医疗需求的个性化生物粘合剂新时代打开了大门。它还说明了如何利用合成生物学来阐明复杂的分子关系和制造先进的生物材料。”

更多信息：

Juya Jeon 等人，具有可编程材料特性的基因工程蛋白质生物粘合剂，ACS Applied Materials |接口（2023）。 DOI：10.1021/acsami.3c12919

期刊信息：ACS Applied Materials and Interfaces

由..提供

圣路易斯华盛顿大学

引用:

设计用于个性化医疗修复的可定制生物粘合剂（2023 年，12 月 6 日）