功能化自组装肽水凝胶在细胞培养中应用策略

越子豪

摘 要：在生命科学研究过程中，多肽自组装属于一种较为前沿的领域。多肽的水凝胶是一种新型生物材料，而且这一材料具有生物相容性好、容易设计合成以及制备简单的特点，而且这一生物材料具有较为广阔的应用前景。因此，本文针对功能化自组装肽水凝胶在细胞培养中的应用策略进行深入分析和探讨，供读者参考。

关键词：功能化;自组装肽水凝胶;细胞培养

当前我国科技发展较为迅速，人们的生活质量和生活水平得到显著提升。我国对于新型材料有着较为迫切的需求，当前所拥有的材料无法更好地满足社会需求，所以出现了水凝胶材料。所谓水凝胶指的就是具有三维空间且以水为分散介质凝胶。多肽基水凝胶指的是将多肽大分子作为主要的构件元件所形成的凝胶。这一材料被广泛应用于食品领域、检测领域和医学领域当中。多肽水凝胶的形成方式主要包括两种，一种是通过化学交联，这种方法的产物被称为化学凝胶。这种方法生产出的水凝胶强度更大。另一种指的是通过非共价值相互作用，例如静电作用、范德华力以及氢键等作用力进行有效结合，这就是大分子自组装，这一产物通常被稱为物力凝胶。

一、自组装多肽水凝胶的制备方法

（一）多肽分子自身组装形成水凝胶

通过多肽分子能够构成氨基酸序列，并对其进行理性设计，可以使多肽分子之间通过范德华力、疏水作用力和肽键等自发组装。如果能够达到一定的浓度，就可以形成多肽水凝胶。例如，康艳晶等人于2012年通过氨水挥发调整溶液pH值的方法，将多肽链自组装形成了智能水凝胶[1]。通常在常温情况下，由于酸性和中性条件下的精氨酸带正电，上述多肽链由于静电斥力的因素无法形成凝胶，如果溶液呈现碱性，那么多肽链间的斥力就会较小，从而形成凝胶。除此之外，相关研究人员运用天然蚕丝纤维良好的生物相容性设计和力学性能设计了相应的多肽序列，并且运用天冬氨酸和精氨酸之间存在的静电相互作用自组装制备水凝胶，这一水凝胶有良好的储能模量，而且有较强的生物相容性。

（二）外源分子辅助多肽自组装制备水凝胶

大部分的多肽链本来并没有自组装凝胶的性能，在此情况下，可以将桥连作用的分子通过向体系中引入，从而形成水凝胶。小分子表面活性剂、蛋白质和金属离子等都是常用的桥连剂。南开大学的相关研究人员谢谢了一种新型的可自组装成纤维素的多肽链Nap-GEFYGGGWWRESAI，但是这一纤维素无法形成水凝胶。所以研究人员在其中加入了一种蛋白质将本来松散的纤维束更加紧密。相互链接逐渐成为网状结构[2]。在苏州大学想要研究人员对表活性剂进行研究，面月桂酰肌氨酸钠对于诱导丝素蛋白形成水凝胶的影响，这一分析应该在蛋白质分子表面包裹，由于多肽表面的荷被屏蔽，减弱了分子之间存在的斥力，分子无规卷曲向β折叠结构发生变化，逐渐形成水凝胶，这种水凝胶的生物相容性较好，而且有一定的抗菌性，被广泛应用于医学领域当中。在2011年有国外多名相关学者共同合成了多肽序列ZnBHP：IKVKIKVKVDPPTKIKVKIK，在这一多肽的末端包括一个非天然的氨基酸，这一氨基酸具有两个羧基酸可以正常融合。在缺少金属离子的溶液环境下，多肽通常会以非折叠状态在缓冲溶剂当中溶解。但是在含有Zn2+与多肽链末端的非天然氨基酸结合，能够对其中的负电荷进行有效中和，从而使肽链呈现电中性，进一步合成水凝胶。除此之外还有生物研究学者研究出了萘功能化的二肽，应该先将其组装成胶束，随着温度的提高，来自组装成蠕虫的结构。此时加入盐离子，诱导水凝胶的形成。

二、功能化自组装肽水凝胶在细胞培养中应用策略

将多肽水凝胶应用于细胞三维培养当中，主要以下几种方法。首先需要制作大量的多肽水凝胶，然后在水凝胶表面种植细胞，这种方法主要是用来对细胞向凝胶内部迁移情况进行观察。除此之外，将多肽与细胞悬液混合，然后对PH值进行调节，使材料凝胶化，然后逐渐将细胞包括在凝胶内部。

（一）成骨细胞三维培养

将RADA自组装多肽与活性片段ALK、PRG和DRG进行有效复合。首先与RADA进行一定比例的混合，得到功能化自组装多肽支架材料，通过实验能够表明这几种多肽都能够促进成骨细胞的增殖[3]。除此之外，与RADA相比，功能化多肽支架材料可以提高成骨细胞骨涎白和碱性磷酸酶的表达，而且多功能化多肽可以对细胞进行刺激，使其向里三维迁移。这些结果能够表明，功能化自组装多肽不仅能够给骨质细胞提供良好的三维微环境，还能够有效诱导骨细胞分泌特异性蛋白，可以应用于医学当中的骨组织修复方面，具有良好的发展前景。

（二）用于内皮细胞三维培养

将活性片段PRG与血管内皮生长因子模拟片段RGD和KLT共同接枝到RADA上，通过内皮细胞进行三维培养，然后对内皮细胞的血管化情况和增殖情况进行观察。与RADA相比，功能化自组装多肽PAD/RAD、RAD/KLT能够对内皮细胞有更好的增殖。经过相关实践研究表明，在三维原位培养下，内皮细胞呈现出良好的生活状态，同时能够发现细胞之间相互连接。还能够通过三维微球的方法建立自组装多肽材料和内皮细胞的三维复合体。通过实验能够发现多肽材料可以使内皮细胞发生迁移。

（三）用于间充质干细胞的三维培养

近些年人们逐渐提高了对干细胞治疗组织工程的关注。干细胞移植治疗在临床试验当中有良好的效果。但是，在治疗过程中，最主要的问题就是干细胞的数量和活性。而且受损的组织通常难以为干细胞提供良好的生长环境，通常都需要商务材料来提供生长环境，促进干细胞的，同时也要保证干细胞的活性[4]。经过大量的实践研究发展，成体干细胞的迁移是组织修复的基础，所以对于干细胞千有着重要的影响。脂肪干细胞能够向多肽水凝胶内部迁移，可以表示，此类材料和空气网格结构并不会对干细胞的运动造成阻碍和影响。但是功能短肽片段能够影响干细胞的运动。除此之外，在三维原味培养条件下，功能片段可以对脂肪干细胞的生长因子分泌、形貌和增殖都造成影响。

三、结束语

总体而言，本文的多种自组装多肽水凝胶进行了分析，并提出了一些制作方法。这些方法不仅高效便捷，同时也给水凝胶材料赋予了一些新的性能，扩展可凝胶的应用范围，使其在日常生活当中有着广泛的应用空间。

参考文献：

[1]李鹏斌，车彪，张振兴，等. BMSCs在功能化自组装多肽水凝胶中定向分化神经细胞研究[J]. 河北医学，2015（4）：539-542.

[2]鲁长风，杨淑慧，王冲，等. 两种新型功能化自组装多肽水凝胶的制备和体外研究[J]. 中国医药生物技术，2018，13（4）：313-318.

[3]罗鸿斌，林建华，许昌声，等. 人脑源性神经营养因子基因修饰的大鼠骨髓间质干细胞与自组装多肽水凝胶的生物相容性[J]. 中华实验外科杂志，2017，34（11）：1832-1834.

[4]卫巍，刘燕飞，何洋，等. β折叠型自组装短肽水凝胶特性及在神经组织工程中的应用前景[J]. 中国组织工程研究，2018，22（10）：1586-1592.