具有优良仿生内皮功能的类贻贝心血管涂层材料的研究

Surface coagulation and endothelial cell dysfunction after implantation frequently caused the failure of vascular implants. Surface modification techniques have important scientific significance and could provide multi-functional bioactivities on material surface. Inspired by endothelial cell function, this project is focusing on preparing copper-incorporated mussel-inspired coatings with the function of in-situ catalytic generation of nitric oxide (NO). The surface phenol group content, copper-incorporated amount and release behavior were further studied to investigate the ability of coatings on decomposing endogenous NO donor to release NO. Anti-CD34 antibody was further immobilized on the surface for the study of enhanced in-situ re-endothelialization. The mechanisms of the synergetic effect of NO generation and in-situ endothelialization will be investigated. By this project, new knowledge on regulating and controlling of surface biological function and response will be achieved. A model of preparing mussel-inspired copper-incorporated polyphenol coating will be established and could provide foundation to the research and applications of bio-multifunctions on cardiovascular material surface.

心血管材料植入引发的表面凝血反应及内皮功能紊乱常常导致植入的失败。通过表面改性赋予材料多功能生物活性具有十分重要的科学意义。本项目从仿生内皮功能角度出发，模拟贻贝足丝蛋白组成，在材料表面制备具有催化一氧化氮（NO）原位再生释放功能的载铜涂层，通过涂层中多酚官能团含量、铜的装载量及释放行为的控制与研究，探究涂层在原位催化血液内源性NO供体分解释放NO的能力，并进一步在材料表面固定CD34抗体分子，开展心血管材料内皮化修复的研究。研究涂层在催化NO释放及促进原位内皮化等多功能协同作用实现的影响因素。通过项目的研究开展，将在心血管材料表面生物功能及生物应答调控方面取得进一步认识，并建立起基于仿生贻贝的载铜涂层制备模型，为心血管材料表面生物多功能化的研究与应用提供研究基础

本项目针对心血管植介入器械植入后面临的凝血、炎症、增生及内皮化困难等问题，从结构上仿生贻贝足丝蛋白组成、功能上仿生内皮细胞，构建了以儿茶酚和多酚单元介导的，铜离子和肝素等大分子负载的心血管涂层材料。本项目主要构建了2类类贻贝仿生内皮功能涂层，分别是：1）儿茶酚预修饰的生物大分子负载铜离子构建内皮细胞功能仿生涂层以及2）“三明治”夹心模型的仿生内皮功能涂层。两类涂层都是依托层层自组装方面构建，前者主要是针对聚电解质的侧链进行儿茶酚基团的预修饰，使得生物大分子模拟贻贝足丝蛋白成分，后者主要是把多酚化合物作为中间层，以“三明治”的方式引入到层层自组装涂层中。通过对这两类涂层开展的系统材料学和生物学评价，表明仿贻贝的儿茶酚或多酚化合物的引入，可以有效提升涂层中组分的引入量和稳定性，且通过儿茶酚或多酚的含量可以组装不同的铜离子，进而催化血液内源性一氧化氮供体分解释放一氧化氮，模拟内皮细胞功能，从而实现抗凝、抗炎、抗增生及加速原位内皮化的进程。特别地，研究中发现多酚化合物的金属离子的配位作用会增强其对抗外环境解体的能力，因此额外扩展构建了兼具耐腐蚀性能与生物相容性的镁合金转化膜，通过电化学实验和降解实验证实了涂层的保护性能，并通过皮下植入实验证明了这类转化膜在抗炎方面的性能。.通过本项目的开展，获取了类贻贝的内皮功能仿生涂层构建的关键核心参数和影响因素，并通过系统的体外生物相容性、半体实验和体内动物实验手段证实了类贻贝心血管涂层材料用于植介入器械材料表面改性的潜能。此外，本研究中设计的方法学具有广谱性，也可以拓展到其他领域的生物材料表面改性研究中。