分级模拟胶原特征结构的胶原模拟多肽及其对间充质干细胞的分化调控作用

胶原是细胞外基质的主要成分，具有独特的结构和功能，在调控细胞的粘附、迁移、增殖和分化中起重要作用,其生物学性能与其独特的结构密切相关。基于对胶原的各级结构及组装特点的分析,本项目拟依据胶原的一级结构中氨基酸序列特点并引入芳香族氨基酸片段设计多肽的氨基酸序列，通过多肽固相合成技术合成能够分级模拟胶原特征结构的胶原模拟多肽,即与整合素结合位点、三螺旋结构、三维网络水凝胶结构，研究并探讨其形成机理。以结构-细胞的相互作用为切入点，研究其对细胞膜受体分子整合素的识别、结合与相互作用，以及对间充质干细胞粘附、增殖、分化的影响，阐明各分级结构以及分级结构间的协同作用对间充质干细胞的分化调控作用机制。为胶原类天然生物活性材料及从结构和功能模拟天然胶原的人工生物活性材料的研究和应用提供科学依据，并有助于了解材料的结构与细胞的相互作用机制，为生物活性材料的分子设计提供新思路。

本项目基于对胶原的各级结构及组装特点的分析，依据胶原的一级结构中氨基酸序列特点设计合成能够模拟胶原特征结构的胶原模拟多肽（CMP），以结构-细胞的相互作用为切入点，研究基于CMP的胶原特征结构对间充质干细胞的分化调控作用机制。完成的主要研究内容包括：(1)首先通过对胶原热变性过程的研究，了解胶原在二步热相变过程中构象变化和各分级结构的稳定性；(2)设计合成了包含可形成类胶原三螺旋结构重复序列和整合素识别序列GFOGER的系列CMP，研究了CMP三螺旋结构的热变性过程和复性过程及其热稳定性，并利用含赖氨酰氧化酶作用位点CMP通过赖氨酰氧化酶交联作用获得CMP纤维；(3)研究了CMP对生物材料表面细胞粘附作用的影响，CMP的三螺旋结构对细胞粘附有促进作用，GFOGER序列对细胞伪足生成及应力纤维形成有支持作用，二者具有协同作用，可作为表面修饰基团促进α2β1整合素介导的细胞粘附；(4)利用含半胱氨酸的CMP和多臂PEG构建CMP-PEG杂化水凝胶，对其结构和性能进行了表征；(5)利用CMP-PEG杂化水凝胶体系，进行了骨髓间充质干细胞3D细胞培养，探讨3D培养环境及外源生长因子对骨髓间充质干细胞诱导分化的影响。同时，为了解模拟胶原的水凝胶体系下的生物矿化过程和水凝胶体系用于蛋白药物局部释放，还利用该杂化水凝胶系统进行了生物矿化和药物释放载体的研究，并获得一种新型羟基磷灰石介晶材料。本项目研究为胶原类天然生物活性材料及从结构和功能模拟天然胶原的人工生物活性材料的研究和应用提供科学依据，并有助于了解材料的结构与细胞的相互作用机制，为生物活性材料的分子设计提供新思路。