具有促进血管再生活性的蚕丝丝素三维支架

Revascularization is the key challenge in the rehabilitation and reconstruction of tissues as dermis. Antheraea pernyi silk fibroin (ASF) is rich in tripeptide sequence Arg-Gly-Asp (RGD) which is known to exhibit specific interactions with cells. In this work, three dimensional ASF scaffolds, carrying chemical, physical, biological signals that could stimulate revascularization, with the ability of promoting the bioactivity of revascularization will be constructed through assembling silk fibroin nanofibers and delivery vector of VEGF-165 and Ang-1 double genes co-expression plasmid which mediated by cationized ASF on the wall of micron pores of ASF scaffolds. By in vitro and in vivo study of the 3D scaffolds used in dermal tissue regeneration, the relation between scaffolds structures and the bioactivity of promoting revascularization will be obtained, which will develop theories of revascularization and tissue regeneration. The study of cationized modification of ASF as gene-delivery vector and nanofiber incorporated into the 3D scaffolds by lyophilization may generate a series of innovative results and open new research areas of silk fibroin as gene-delivery vector. This work can provide research basis for both the design of scaffolds with high bioactivity of promoting revascularization and the application of dermal regeneration. Moreover, the new obtained principle also can be generalized into the development of other tissue engineering scaffolds.

血管的再生是皮肤真皮等组织修复重建领域面临的关键问题。本项目利用柞蚕丝素蛋白(ASF)内的生物活性序列精氨酸-乙氨酸-天门冬氨酸(RGD)；在ASF三维支架微米级大孔的孔壁上组装ASF纳米纤维；并在孔壁表面装载阳离子化ASF包被的血管内皮细胞生长因子165和血管生成素-1双基因共表达质粒。构建同时携带刺激血管再生的化学、物理和生物学信号的，具有显著促进血管再生活性的ASF三维支架。通过体外研究和将其用于真皮原位再生的体内研究，获得支架结构与促进血管再生的规律，丰富血管和组织再生理论。 对ASF进行阳离子化改性后用作基因传递载体，以及用冻干技术将载体和纳米纤维组装于三维支架内的研究中，可能产生一系列创新，并开创以丝素为基因传递载体的研究新领域。 通过上述研究，为具有显著促进血管再生活性的支架设计及其应用于真皮组织再生提供科学依据，且获得的新原理可推广其他组织工程支架的研制。

血管的再生是组织工程及再生医学领域面临的关键问题。本项目针对该问题，在蚕丝丝素三维支架微米级大孔的孔壁上组装丝素微/纳米纤维，并在孔壁表面装载阳离子化柞蚕丝素包被的血管内皮细胞生长因子165 (VEGF165)和血管生成素-1 (Ang-1)双基因共表达质粒，构建同时携带刺激血管再生的化学、物理和生物学信号的，具有显著促进血管再生活性的丝素三维支架。柞蚕丝素是具有良好生物相容性和生物可降解的天然高聚物，且含有生物活性序列精氨酸-乙氨酸-天门冬氨酸(RGD)，但表面带负电荷。为了使柞蚕丝素具备包被、压缩质粒DNA的能力，分别用精胺及鱼精蛋白对柞蚕丝素改性，获得阳离子化柞蚕丝素，作为VEGF165-Ang-1双基因共表达质粒传递载体。研究表明，阳离子化柞蚕丝素作为基因传递载体的细胞毒性显著地比聚乙烯亚胺低，而转染效率则比聚乙烯亚胺高。本项目合成的阳离子化柞蚕丝素用作基因传递载体具有生物相容性好、细胞毒性低的显著优势。. 体外实验结果表明，在丝素三维支架内引入微/纳米纤维及基因传递载体后，能够显著促进细胞的粘附、增殖和迁移。鸡胚绒毛尿囊膜血管形成实验结果证明，装载于支架内VEGF165和Ang-1基因能够转染尿囊膜细胞，并有效表达目的基因，显著促进血管网络的形成。. 在体内，将丝素支架植入SD大鼠背部的全层皮肤缺损创面，检测和分析结果表明，携带刺激血管再生的化学、物理和生物学信号的丝素三维支架具有显著促进血管再生的活性，并能促进胶原沉积、促进真皮组织再生。. 上述研究结果，不仅开创了丝素作为基因传递载体的研究新领域，而且为具有促进血管再生活性的支架设计及其应用于真皮组织再生提供了科学依据。在项目资助下，共发表学术论文24篇，其中SCI收录的论文16篇（SCI一区及二区论文11篇），申请并获得国家发明专利4项，毕业博士研究生4名、硕士研究生11名。