華東理工劉昌勝院士/屈雪教授團(tuán)隊(duì)《ACS Nano》：電信號(hào)啟動(dòng)膠原蛋白動(dòng)力學(xué)組裝，構(gòu)建光學(xué)透明和結(jié)構(gòu)可定制的人工角膜
2022-07-10 來(lái)源：高分子科技
角膜移植是修復(fù)受損角膜的一種有效方法，但臨床供體嚴(yán)重不足，因此亟待開(kāi)發(fā)新型人工角膜替代物(ACSs)。膠原蛋白作為天然角膜組織的結(jié)構(gòu)基石，是制造ACSs的最理想材料，但其自發(fā)的熱力學(xué)組裝使得高透明性膠原ACSs的制備難以實(shí)現(xiàn)。
近期，華東理工劉昌勝院士/屈雪教授團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院孫建國(guó)副教授合作，報(bào)道了一種電組裝技術(shù)，通過(guò)在納米尺度上控制膠原蛋白組裝動(dòng)力學(xué)，構(gòu)筑具有優(yōu)良光學(xué)結(jié)構(gòu)的膠原蛋白ACSs （KEA-Col）。其內(nèi)部由直徑約10 nm的微原纖維以局部取向且高度致密的方式排列組成，這種微結(jié)構(gòu)通過(guò)減少光散射獲得了超過(guò)90%的光透射率。此外，該方法可以創(chuàng)建復(fù)雜的三維幾何形狀，滿足個(gè)性化ACSs定制要求。體外實(shí)驗(yàn)證明KEA-Col能促進(jìn)角膜細(xì)胞生長(zhǎng)和遷移。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)通過(guò)建立兔板層角膜切除術(shù)角膜創(chuàng)面模型表明，定制化KEA-Col能夠適應(yīng)角膜缺損形狀，支持上皮層愈合和基質(zhì)整合重建。與商品化的異種人工角膜相比，KEA-Col免疫反應(yīng)輕，血管化不明顯，具有良好的臨床應(yīng)用前景。本工作展示了電信號(hào)調(diào)控生物大分子組裝的巨大潛力，將為基于膠原蛋白的新型生物材料的定制開(kāi)發(fā)提供新機(jī)遇。具體成果以“Electrical Signal Initiates Kinetic Assembly of Collagen to Construct Optically Transparent and Geometry Customized Artificial Cornea Substitutes”發(fā)表在《ACS Nano》。
圖1. (A)人類角膜結(jié)構(gòu)。角膜基質(zhì)層由直徑小而均勻(22.5 nm ~ 35nm)的膠原原纖維緊密排列成片狀多層，每層約有200個(gè)原纖維平行排列，并垂直于相鄰片層中原纖維的排列方向。這種特殊的空間組織充當(dāng)衍射柵欄，為角膜提供優(yōu)越的光學(xué)。(B)膠原蛋白動(dòng)力學(xué)電組裝示意圖。陰極電信號(hào)產(chǎn)生的pH變化觸發(fā)膠原三螺旋分子進(jìn)行快速動(dòng)力學(xué)組裝，形成納米級(jí)膠原微原纖維(直徑約10 nm)，從而減小光散射，提高透明度并降低霧度。(C)定制的陰極電極可加工具有特定曲率的KEA-Col作為人工角膜替代品ACSs，用于缺損角膜的上皮化和基質(zhì)重建。這種個(gè)性化的ACSs滿足屈光要求，有助于患者術(shù)后視力快速恢復(fù)。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c02291
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