甲状旁腺素小分子活性多肽的筛选优化及其纳米仿生骨材料的研制

This study is on the basis of peptide research engaged in the past, and further the principle of peptide screening and controlled release technology are applied, and more concise parathyroid hormone (PTH) small-molecule active peptide sequence was obtained by screening and optimization, which carrying active site that can trigger nanocrystalline hydroxyapatite (HA) mineralization and stabilize spatial structure of PTH active peptide by peptide bond. And then true bone ceramics (TBC) scaffold material is surface modified to make it the surface nano-morphology modification to increase surface area to overcome the shortcoming of weak cell adhesion. Finally, PTH small-molecule active peptide screened out and TBC are composited together, and PTH active peptide is controlled releasing slowly by the peptide bond cleavage, which developed a good osteoinductive PTH small-molecule active peptide/TBC porous bionic nano-bone repair material. The design might be the first study and develop PTH small-molecule active pharmacons and novel biomimetic bone repair materials with independent intellectual property rights. PTH small-molecule active peptide screening out rely on its unique osteoinductive minimally invasive injection alone to promote healing of osteoporotic fractures, and the new bionic bone repair material could surgical implanted to promote healing of bone defects.The design has not been reported in domestic and abroad, which might be a greater scientific significance and potential prospect for clinical application.

本课题拟在前期多肽研究的基础上，进一步运用多肽筛选和控释技术，筛选优化获得序列更简洁的甲状旁腺素（PTH）小分子活性肽，携带能促发纳米晶羟基磷灰石（HA）矿化的活性位点，通过肽键稳定PTH小分子活性多肽的空间结构；同时将煅烧骨(TBC)进行表面改性，使其表面纳米化，增加细胞接触面积，克服细胞粘附性力弱的缺点；最后将筛选出的PTH小分子活性多肽与TBC多孔材料复合，肽键的裂解缓释出具有成骨活性的PTH小分子活性多肽，从而研制出具有良好骨诱导活性的PTH小分子活性多肽/TBC多孔纳米仿生骨修复材料。本设计有可能率先研究开发出PTH小分子活性药物和具有良好骨诱导活性的新型仿生骨材料。筛选出的PTH小分子活性多肽依靠独特的骨诱导作用单独经微创注射促进骨质疏松性骨折愈合，同时与TBC复合构建的仿生骨材料还可以促进骨缺损修复。这在国内外均未见报道，可能具有较大的科学意义和良好的临床应用前景。

本项目在前期多肽研究的基础上，进一步筛选优化获得了活性较好的两种含38个氨基酸的小分子多肽PTH相关多肽[P1，S(P)- SVSEI-QLMHN-LGKHL-NSMER-VEWLR-KKLQD-VHNF-DDD; P2，S(P)-SVSEI-QLMHN-LGKHL-NSMER-VEWLR-KKLQD-VHNF-EEE]。它们携带能促发纳米晶羟基磷灰石（HA）矿化的活性位点，通过肽键稳定其空间结构。经体内外实验研究发现，其亦可发挥与BMP2类似的骨诱导活性。同时，P1和P2多肽序列中含有磷酸丝氨酸[-S(P)-]、天冬氨酸(DDD)和谷氨酸（EEE）活性位点，可以促发HA纳米晶的生成与矿化。两种活性多肽在体外均能有效地促进MSCs细胞和MC3TE-E1细胞的粘附、增殖与分化。其中，P1多肽浓度为100μg / ml时，具有较好的成骨诱导活性。.此外，将煅烧骨(TBC)进行表面改性，使其表面纳米化（SMM-TBC）,表面成分经XRD及能谱检测复合羟基磷灰石成分表征，大小约为100nm-500nm，可以显著增加细胞接触面积，同时克服了细胞粘附性力弱的缺点。筛选出的PTH小分子活性多肽P1和P2植入大白鼠股四头肌肌袋，异位成骨作用明显。将P1和P2多肽与SMM-TBC多孔材料复合，肽键的裂解间断地缓释出具有成骨活性的PTH 小分子活性多肽，能够较好地修复大鼠骨质疏松性骨折和颅骨缺损及兔桡骨缺损。.筛选优化获得的PTH小分子活性肽P1和P2与SMM-TBC复合，避免了单一的注射给药方式。通过本项目研究，我们发现：①PTH小分子活性肽P1和P2空间结构更加稳定；②PTH小分子活性肽P1和P2结合于SMM-TBC材料上，不需要有机试剂的参入，可以有效地保护多肽的活性，并通过肽键的裂解实现缓慢控制释放。③SMM-TBC材料保留了天然的空隙结构，通过将其表面进行纳米化修饰提高了细胞粘附能力，获得更好的“骨诱导活性”。④PTH小分子活性多肽P1和P2与SMM-TBC复合后在体内局部具有较长的药效发挥时间，避免了持续给药以及长期给药所带来的风险。.本项目筛选出的PTH 小分子活性多肽P1和P2在局部具有较强的骨诱导作用能促进骨质疏松性骨折愈合，同时与TBC 复合构建的仿生骨材料还可以促进骨缺损修复。本项目的研究结果可能具有较大的科学意义和良好的临床应用前景。