Polipeptida Berinspirasikan Kupang Respons Termo Pelekat Pembedahan & Biobahan Hemostatik Novel

Polipeptida Berinspirasikan Kupang Respons Termo: Biobahan Pelekat Pembedahan & Hemostatik Baharu

1.Latar Belakang Penyelidikan

Jahitan pembedahan kekal sebagai kaedah penutupan luka arus perdana, namun ia membawa kelemahan yang jelas termasuk parut jarum sisa, kerengsaan tisu dan prosedur penyingkiran sekunder. Pelekat tisu yang tersedia secara komersial mempunyai kecacatan kritikal: gam fibrin mempamerkan lekatan basah yang lemah, manakala sianoakrilat mempunyai biokompatibiliti yang lemah dan mencetuskan reaksi keradangan yang teruk, mengehadkan aplikasi klinikalnya. Kupang marin boleh melekat dengan kuat pada substrat lembap melalui residu L-DOPA yang banyak dalam protein pelekat, memberi inspirasi kepada penyelidikan pelekat biomimetik yang besar. Polimer mimetik kupang sedia ada kebanyakannya mengalami kelajuan pengawetan yang perlahan atau kekuatan ikatan bawah air yang tidak mencukupi. Selain itu, kebanyakan biopelekat yang dilaporkan kekurangan kapasiti peralihan sol-gel yang responsif termo, yang tidak boleh membentuk gel in-situ dengan cepat di bawah suhu badan manusia untuk hemostasis segera dan pengedap luka. Polipeptida mempunyai biokompatibiliti, biodegradasi dan bioaktiviti yang luar biasa, menjadikannya bahan pembawa bioperubatan yang ideal. Walau bagaimanapun, pelekat polipeptida responsif termo pelbagai fungsi yang disepadukan dengan kumpulan berfungsi katekol, arginin, sistein dan lisin jarang dibina dan disahkan secara sistematik untuk pembaikan kulit & tulang dalam model haiwan.

2.Kepentingan Penyelidikan

Kerja ini mereka bentuk satu siri polipeptida termo-responsif pelbagai fungsi melalui pempolimeran pembukaan cincin NCA, menggabungkan lekatan katekol yang diinspirasikan oleh kupang, pengikatan elektrostatik arginin, pengikatan silang tiol sistein dan segmen EG₂-Glu termo-sensitif. Penyelidikan ini secara sistematik mencirikan sifat fizikokimia, prestasi ikatan in vitro dan kapasiti hemostasis & pembaikan tisu in vivo, mengisi jurang pelekat pembedahan polipeptida pelbagai fungsi. Bahan komposit BPEDAC-BPEDAL yang dibangunkan mencapai lekatan basah yang teguh pada kulit dan tulang babi, merealisasikan gelasi in-situ yang cepat pada suhu 37 °C, sitotoksisiti rendah dan biodegradasi lengkap. Ia menyediakan strategi sintetik yang mudah untuk biobahan pelekat hemostatik & ortopedik bebas jahitan generasi akan datang, menawarkan data praklinikal yang boleh dipercayai untuk pembangunan translasi gam perubatan polipeptida.

3.Kandungan Penyelidikan

Sintesis Monomer & Kopolimer Polipeptida NCA Berfungsi Mensintesis lima monomer NCA asid amino (EG₂-Glu-NCA, DOPA-NCA, Arg-NCA, Cys-NCA, Ac-Lys-NCA); sediakan empat kopolimer kecerunan (BPED, BPEDA, BPEDAC, BPEDAL) melalui pempolimeran pembukaan cincin berjujukan yang dimulakan oleh pemula alkoksida 1,4-butanediol. Mencirikan berat molekul, keserabutan melalui GPC & penyerakan cahaya laser, dan sahkan struktur kimia menggunakan ¹H NMR.

Penilaian Sifat Termo-Responsif & Permukaan Uji lengkung transmisi suhu untuk mengesahkan kelakuan peralihan sol-gel; ukur sudut sentuhan air pada 25 °C dan 37 °C untuk menganalisis transformasi hidrofilik-hidrofobik yang bergantung kepada suhu.

Ujian Prestasi Lekatan In Vitro Patuhi piawaian ASTM untuk menjalankan lekatan ricih pusingan pada kulit babi dan lekatan tegangan pada tulang babi; optimumkan kepekatan agen pengikat silang HRP/H₂O₂, masa dan suhu pengawetan; uji modulus elastik setiap sistem polipeptida.

Penilaian Degradasi & Sitotoksisiti Menjalankan eksperimen degradasi enzimatik PBS untuk merekodkan kadar kehilangan jisim; menerima pakai ujian MTT ISO10993 dengan fibroblas L929 untuk menilai biokeserasian.

Pengesahan Model Haiwan In Vivo Tiga model haiwan telah diwujudkan: model hemostasis pendarahan hati tikus, model penyembuhan hirisan kulit ketebalan penuh dan model pembaikan tulang osteotomi femoral; merekodkan kehilangan darah, keradangan luka, pembentukan semula tisu melalui pewarnaan histologi sinar-X dan H&E.

4.Keputusan Penyelidikan

Sintesis Polimer & Ciri-ciri Termoresponsif Empat kopolimer dengan nisbah penggabungan monomer yang boleh dikawal berjaya disintesis. Semua polimer menunjukkan peralihan sol-gel yang tajam antara 30–35 °C; sudut sentuhan meningkat daripada 27.5 °C (25 °C) kepada 72.5 °C (37 °C), membuktikan hidrofilik yang lemah pada suhu badan untuk pembentukan gel yang cepat.

Prestasi Lekatan Basah yang Cemerlang

Kekuatan lekatan ricih pusingan maksimum pada kulit babi mencapai 101.2 kPa; lekatan tegangan tulang mencapai puncak pada 603 kPa.

37 °C meningkatkan kekuatan ikatan berbanding suhu bilik dengan ketara; sistem hibrid BPEDAC-BPEDAL memberikan sifat mekanikal yang optimum disebabkan oleh ikatan silang sinergi kumpulan katekol, tiol dan guanidinium.

Kekuatan lekatan meningkat dengan cepat dalam tempoh pengawetan 0.5–60 minit dan mencapai tahap plateau selepas 12 jam; 1 wt% H₂O₂ yang sesuai dan 1 mg/mL HRP mencapai ikatan silang oksidatif yang ideal tanpa kerosakan pengoksidaan berlebihan.

Kebolehuraian & Keselamatan Bio yang Menggalakkan BPEDAC kehilangan lebih 70% jisim dalam masa 72 jam di bawah PBS yang mengandungi protease, menunjukkan biodegradasi polipeptida penuh. Keputusan MTT menunjukkan daya tahan sel lebih 80% selepas pengeraman 72 jam, tanpa kerosakan morfologi sel yang jelas, menunjukkan sitotoksisiti yang boleh diabaikan.

Hemostasis & Kesan Pembaikan In Vivo yang Unggul

Model pendarahan hati: BPEDAC-BPEDAL mengurangkan kehilangan darah daripada 1.76 g (kawalan) kepada 0.54 g dalam masa 3 minit dengan pengedap gel segera.

Insisi kulit: Gam polipeptida hanya menyebabkan keradangan ringan pada hari ke-7, dengan regenerasi dermis yang lengkap dan tiada fibrosis pada hari ke-14, mengatasi jahitan dan sianoakrilat yang menyebabkan hiperkeratosis keradangan berterusan.

Osteotomi tulang: X-ray dan histologi membuktikan pembentukan semula tulang yang lengkap dalam tempoh 60 hari; pelekat tidak menghalang percambahan osteoblas dan pembinaan semula trabekular.

5.Perbincangan

Berbanding dengan pelekat tisu tradisional, polipeptida yang diinspirasikan oleh kupang termo-responsif menggabungkan pelbagai motif berfungsi untuk merealisasikan mekanisme lekatan berbilang silang termasuk gandingan katekol, klik tiol-ena, jambatan garam elektrostatik dan pemisahan fasa terma, yang bersama-sama meningkatkan kekuatan ikatan basah pada tisu lembut dan keras. Segmen EG₂-Glu memberikan peralihan sol-gel boleh balik pada suhu fisiologi, membolehkan suntikan in-situ invasif minimum dan pengedap luka segera tanpa pra-penetapan. Tulang belakang polipeptida sepenuhnya memastikan biodegradasi lengkap menjadi serpihan asid amino dengan ketoksikan sistemik yang rendah, menyelesaikan kecacatan biokeserasian sianoakrilat. Had masih wujud: proses sintetik berbilang monomer NCA memerlukan operasi anhidrus yang ketat, menyekat penyediaan perindustrian berskala besar. Pengoptimuman masa hadapan boleh memudahkan laluan pempolimeran dan memperkenalkan bahan mentah asid amino semula jadi berkos rendah. Sementara itu, pengubahsuaian selanjutnya rantai sisi polipeptida akan meningkatkan aktiviti antibakteria untuk merealisasikan biobahan berbilang fungsi pelekat-hemostatik-antibakteria bersepadu untuk senario klinikal yang lebih luas seperti pembedahan invasif minimum dan rawatan luka terbakar. Secara amnya, siri polipeptida termo-responsif ini memecahkan kesesakan prestasi biopelekat sedia ada dan mempunyai potensi terjemahan komersial yang hebat sebagai bahan pembaikan pembedahan bebas jahitan.

Rujukan: Lu DD, Wang HS, Li TE, dkk. Bahan Pelekat Pembedahan Serbaguna dan Hemostatik: Sintesis, Sifat dan Aplikasi Polipeptida Responsif Termo[J]. Kimia Bahan, Baru Diterima, diterbitkan dalam talian pada 2017-06-13. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b00255.

Muat turun: biobahan-pelekat-hemostatik-pembedahan-novel-polipeptida-responsif-termo-inspirasi-kupang.pdf↓

Emel: jennifer@dilunbio.com