快速光交联的丝素蛋白水凝胶

来源： EngineeringForLife

通过双酪氨酸键交联的丝素蛋白水凝胶是透明的弹性结构，在再生医学应用中具有巨大的潜力。在本研究中，证实了一种新的可见光介导的光氧化还原系统，用于丝素蛋白中双酪氨酸键的形成，克服了目前传统基于酶交联的主要局限性。该系统可快速交联丝素蛋白(<1 min)，使细胞以更高的细胞密度(1500万个细胞/mL)包裹，同时保持较高的细胞存活率(>80%)。与酶促交联过程中经历自发跃迁向较硬、富含β-sheet网络转换不同，光交联的丝素水凝胶展现了更为稳定的力学性能。这些水凝胶也支持人类关节软骨细胞的长期培养，具有良好的软骨组织形成。该系统还促成了在蛋白结构上没有经过化学修饰或流变添加剂的情况下，生物制造丝素蛋白的首次演示。应用这套光交联系统，有着复杂、有序、渐变架构，且具有高精度（40 μm）的载细胞结构被打印了出来，这用传统的酶促交联系统并不能实现。综上所述，这项工作显示了一种新交联方法的巨大潜力，这种方法可用于制造弹性丝素水凝胶，并可应用于生物制造和组织再生。

相关论文“Rapid Photocrosslinking of Silk Hydrogels with High Cell Density and Enhanced Shape Fidelity”发表于“Advanced Healthcare Materials”杂志，新西兰奥塔哥大学KhoonS. Lim博士与澳大利亚新南威尔士大学Jelena Rnjak-Kovacina博士为共同通讯，第一作者为Xiaolin Cui。

图1 两种交联方式：辣根过氧化物酶/过氧化氢（HRP/H2O2）酶促交联，钌/过硫酸钠（Ru/SPS）可见光交联，通过形成双酪氨酸键来构建丝素蛋白水凝胶的原理

图2 丝素蛋白的性质

图3 载高细胞密度的人关节软骨细胞（HACs）的丝素蛋白水凝胶长期培养结果

图4 载HAC的光交联丝素蛋白水凝胶的软骨分化

图5 对分泌的细胞外基质（ECM）的免疫组织化学分析

图6 丝素蛋白水凝胶中HAC的相关基因表达

图7 用普朗尼克F-127做牺牲材料制备丝素蛋白水凝胶

图8 用牺牲材料F-127 3D打印光交联丝素蛋白水凝胶

论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adhm.201901667