作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 重组多肽RCPhC1的分子设计与合成
(a)rcphc 1的肽序列显示具有氨基酸取代的甘氨酸-xa-阿雅重复序列(红色)
所有包含氨基酸取代(双箭头)的肽片段(最小五个序列)都与人胶原蛋白序列相匹配
工作细胞库中基因组DNA的稳定性
四次连续片段化后，分离基因组DNA(泳道1-4)，并与原始基因组DNA(泳道5)进行比较
右图，Southern印迹与AOX1启动子探针杂交
通过液相色谱法分析再现性
反相图谱显示三个峰，在三个不同批次(H2、K3和L)中一致鉴定
再现性也通过扫描电镜-聚丙烯酰胺凝胶电泳进行评价
三个不同批次的单一条带也表明缺乏翻译后修饰
翻译后糖基化的缺失
凝胶渗透色谱证实了1，2-二氯苯酚的高纯度
学分:自然通讯材料，doi: 10
1038/s 34246-020-00089-9 目前骨移植手术的黄金标准包括自体移植和同种异体移植，尽管在骨组织工程中开发用于增强生物整合的合成生物材料的需求日益增长
在《自然通讯材料》杂志上发表的一份新报告中，Hideo Fushimi和一个研究小组在日本和美国研究生物科学和工程以及重建生物技术
S
，利用重组蛋白或多肽作为水凝胶基移植材料的来源，开发了一种可生物降解的支架材料
该团队使用人类ⅰ型胶原α1链(缩写为RCPhC1)作为开发重组多肽的来源，并展示了这种材料的灵活性，以设计骨移植的理想特性
该团队还使用高度可扩展的流线型生产方案开发了RCPhC1骨移植物，用于实验室中成熟骨组织的健壮生成
在用于有效生物整合的临床前动物模型中，骨移植物在组织再生后完全再吸收
仿生合成骨移植骨组织工程 在这项工作中，Fushimi等人
通过使用重组蛋白(缩写为RCPhC1)开发了一种合成骨移植材料
该开发为通过柔性工程制造合成骨移植物提供了一种通用的来源材料
利用犬科动物和啮齿类动物骨缺损模型的临床前研究，研究小组显示了骨移植物再生骨组织的效率随着结构的成熟而提高
在临床骨科，组织体积和功能的丧失是损伤、慢性炎症、代谢和遗传疾病的标志
虽然骨组织可以通过间充质基质细胞或干细胞的增殖和成骨分化而主动再生，但是大的骨缺损需要外科手术来用骨移植材料修复和重建骨
在全球范围内，整形外科医生执行大约2
全球市场上每年有200万例骨移植手术
人体骨组织由有机细胞外基质、形成羟基磷灰石的结晶钙和磷矿物质组成
骨移植材料可以模拟骨组织的结构和生化组成
整形外科医生和研究人员已经使用自体骨移植物(从同一个体获得的细胞和组织)来修复由于矿物质和免疫问题引起的骨缺损，尽管手术部位的并发症可能导致替代移植方法，例如同种异体移植物(从不同个体获得的细胞和组织)
用于骨组织工程的仿生合成生物材料的新发展解决了医疗保健工业中不使用人或动物组织而开发新移植材料的迫切需要
通过薄层冷冻铸造开发各向同性冰模板结构的工程控制因素(TLFC)
(一)冷冻铸造设备示意图
冷冻铸造过程中冷却杯底部(蓝色)和溶质表面(红色)的典型温度测量
在冷冻期间，冷却杯和溶质表面之间存在显著差异
各向异性冰模板结构和包含小孔隙区的实际钢筋混凝土1微结构的示意图
比例尺等于500微米
在冷冻期间，TLFC减少了冷却杯(蓝色)和溶质表面(红色)之间的温度差异
最低温度和冷却时间对各向同性内部孔隙结构的影响
当最低温度低于10℃时，形成均匀的孔结构(蓝色)，但不受冷却时间的影响
当最低温度高于10℃时，不规则的内部孔隙结构(红色)更频繁地形成
比例尺等于500微米
绿色区域显示均匀冷冻干燥蛋糕的数量
红色区域显示不规则冷冻干燥蛋糕的数量
砌块温度对内部孔径的影响
钻石显示中值
较低的块温度增加了小孔的数量
比例尺等于500微米
(g)通过吸水和酸分解分析，评价通过搅拌(红色圆圈)、各向异性(绿色圆圈)和各向同性(蓝色圆圈)冷冻铸造方法形成的内部结构
RCPhC1海绵在130℃下初步脱氢热交联7小时
面板b和d中的蓝线表示溶液底部热电偶的温度记录
红线表示在溶液表面
学分:自然通讯材料，doi: 10
1038/s 34246-020-00089-9 工程化重组多肽和移植材料 研究小组使用了在结缔组织和间质膜中大量表达的ⅰ型胶原作为骨组织的主要有机成分
ⅰ型胶原蛋白的蛋白质序列在建立骨的机械强度中起重要作用
该团队首先将编码多肽(蛋白质序列)RCPhC1的信使核糖核酸分子的脱氧核糖核酸拷贝克隆到表达载体中
为了实现这一点，他们使用了一种称为毕赤酵母的甲基营养酵母来转移序列，并产生主细胞和工作细胞库
研究小组确认了合成多肽的氨基酸组成，并对产品进行了广泛的表征
然后，他们设计了移植材料的内部结构，以满足目标组织的特定要求
因此，为了产生均匀的孔结构，付士米等人
设计了一个薄层冷冻铸造(TLFC)方案
多用途冷冻方法生成大量薄壁孔，形成各向同性的内部结构各异的钢筋混凝土框架
控制生物降解速率和机械强度的工程因素
通过体外酸分解分析评估交联温度和交联持续时间对生物降解速率的影响
交联温度对酸分解存活率没有线性影响
考虑到下游灭菌，交联温度设定为130℃
交联时间被认为是主要的控制因素，它线性地增加了RCPhC1的酸分解存活率达10小时
猪明胶材料对交联持续时间的反应类似，尽管需要更长的持续时间
去氢热交联聚碳酸酯1的物理性质
脱氢热交联猪明胶的等效物理性能需要10倍的交联持续时间
脱氢热交联猪明胶的机械强度(130℃，7小时)明显高于脱氢热交联猪明胶(130℃，72小时)
误差线代表s
d
用胰蛋白酶处理脱氢热交联的1，2-丙二醇(130℃，7小时)，并进行高性能液相色谱
肽片段的共迁移表明有多个交联位点
学分:自然通讯材料，doi: 10
1038/s 34246-020-00089-9 脱氢热交联曲线和骨再生材料的优化 Fushimi等人
接下来对材料进行脱氢热交联处理，以测试交联温度和持续时间对其组成的影响
对下游产品进行微生物污染测试后，确认生产过程中的温度对干热灭菌有效
额外的测试显示了重组蛋白独特的氨基酸组成如何有助于其稳健的水热交联效率
接下来，研究小组根据大鼠颅骨骨缺损模型中移植诱导骨的体积，通过调节多肽材料的浓度及其冷冻温度，优化了用于骨移植的重组蛋白材料
在将材料移植到动物模型中四周后，研究小组使用了基于微计算机断层扫描的骨体积估计
结果表明最佳浓度为7
5%的磷酸氢钙1，冷冻温度为-40至-60摄氏度，在130摄氏度下脱氢热交联7小时，最适合于重组骨移植材料的制造
工程控制因素的优化
(a)优化RCPhC1溶质浓度和TLFC嵌段温度的组合因素，试验性脱氢热交联在130℃持续7小时
最佳范围被缩小至7之间的RCPhC1浓度
5%和9%，TLFC模块温度在40℃和60℃之间(红色虚线模块)
(b)在RCP1C1浓度和冷却温度的最佳范围内的BV/TV测量值
各组间无统计学差异
磷酸氢钙1溶质浓度对骨再生的影响
比例尺等于500微米
TLFC块温度对骨再生的影响
比例尺等于500微米
脱氢热交联持续时间对骨形成的影响
(n = 7；图基多重比较试验(f)
脱氢热交联时间对大鼠颅骨缺损创面愈合空间维持的影响
白色箭头显示缺陷边缘
白色虚线环绕新形成的组织
比例尺等于500微米
b和e中的水平线代表平均值s
d
学分:自然通讯材料，doi: 10
1038/s 34246-020-00089-9 用移植材料在临床前模型中强健地再生重要骨组织 基于实验验证的最佳条件
制造了具有多孔颗粒的骨移植物
使用大鼠颅骨骨缺损模型，他们展示了骨移植物如何在内部孔结构内强有力地诱导骨再生，同时在体内逐渐降解，以表明生物相容性和有效的生物整合
他们将这一结果与市售的牛脱细胞松质骨异种移植物进行了比较，没有观察到明显更大的骨再生
研究小组随后在犬类临床前拔牙模型中测试了骨移植材料，以了解牙槽的伤口愈合情况，用骨移植物治疗的牙槽在12周时显示出骨形成的改善
这时候，正如所料，骨移植物大部分被骨组织所取代
在啮齿动物和犬模型中优化的用于骨移植的RCPhC1材料的临床前功效测试
(一)骨移植制造流程图
比例尺等于100微米
(b)为便于处理，将RCPhC1骨移植物制备成300-1200m大小的多孔颗粒
比例尺等于100微米
大鼠颅盖骨缺损模型中骨再生诱导的时间进程
组织学分析(上排)显示，在移植材料中有新形成的骨组织，并随着时间的推移而被吸收
体内微量热的时间序列(底行)描述了骨组织的逐渐增加
大鼠颅骨缺损植入骨移植物、牛脱细胞松质骨异种移植物和无移植物对照的生物力学/电视测量时间过程
植入大鼠颅骨缺损的牛异种移植物的组织学评价
牛异种骨移植物的物理结构与骨移植物相似
在缺损的外围，可以看到牛异种骨与新形成的骨融合在一起
在缺损的中心，牛异种移植颗粒被纤维组织包围
比例尺等于200微米
犬齿拔牙模型
犬齿第三前磨牙(P3)有几乎相同的近中根和远中根
第三前磨牙被半切开，只有远端牙根被拔出
拔牙后骨槽的一侧填充了羟基喜树碱，而另一侧无需任何进一步治疗就可愈合
剩余的内侧根进行牙髓治疗，并作为参考
比例尺等于4毫米
(g)描绘愈合12周(12 W)后拔牙窝(白线)中骨再生的显微切片
植入骨移植物的牙槽窝内的骨体积明显大于未治疗的对照牙槽窝(n = 8；双侧配对t检验)
比例尺等于4毫米
(8)在12 W时提取插座的组织横截面(白线)
接受RCPhC1骨移植的牙槽骨显示出较大的骨再生
白色虚线表示插座接口
比例尺等于1毫米
(1)骨移植的组织学评价(1)相关的骨再生
骨髓组织中大量的血管形成(二)在愈合4周后再生骨(三)
愈合12 W后，移植骨大部分被吸收
再生骨含有活性骨细胞
学分:自然通讯材料，doi: 10
1038/s 34246-020-00089-9 骨组织工程中合成支架的展望 通过这种方式，Hideo Fushimi和他的同事优化了一个简单但关键的工程过程，以调节重组人ⅰ型胶原α1链蛋白多肽的溶质浓度，该多肽具有靶向氨基酸取代，缩写为RCPhC1
该团队首先将构建体植入大鼠颅骨骨缺损模型，以了解制造骨移植物的最佳工程因素
他们设计了骨移植材料来支持间充质干细胞向缺损区域的迁移，并为成骨分化提供了一个刺激的微环境
在没有生长因子和干细胞再生骨的情况下，骨移植材料单独显示出理想的愈合模式
该材料可用于产生组织特异性医疗装置和移植支架，在骨组织工程中具有显著的制造通用性
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
