華東理工劉昌勝院士/屈雪教授團隊《ACS Nano》：電信號啟動膠原蛋白動力學組裝，構建光學透明和結構可定制的人工角膜
2022-07-10 來源：高分子科技
角膜移植是修復受損角膜的一種有效方法，但臨床供體嚴重不足，因此亟待開發新型人工角膜替代物(ACSs)。膠原蛋白作為天然角膜組織的結構基石，是制造ACSs的最理想材料，但其自發的熱力學組裝使得高透明性膠原ACSs的制備難以實現。
近期，華東理工劉昌勝院士/屈雪教授團隊與復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院孫建國副教授合作，報道了一種電組裝技術，通過在納米尺度上控制膠原蛋白組裝動力學，構筑具有優良光學結構的膠原蛋白ACSs （KEA-Col）。其內部由直徑約10 nm的微原纖維以局部取向且高度致密的方式排列組成，這種微結構通過減少光散射獲得了超過90%的光透射率。此外，該方法可以創建復雜的三維幾何形狀，滿足個性化ACSs定制要求。體外實驗證明KEA-Col能促進角膜細胞生長和遷移。體內實驗通過建立兔板層角膜切除術角膜創面模型表明，定制化KEA-Col能夠適應角膜缺損形狀，支持上皮層愈合和基質整合重建。與商品化的異種人工角膜相比，KEA-Col免疫反應輕，血管化不明顯，具有良好的臨床應用前景。本工作展示了電信號調控生物大分子組裝的巨大潛力，將為基于膠原蛋白的新型生物材料的定制開發提供新機遇。具體成果以“Electrical Signal Initiates Kinetic Assembly of Collagen to Construct Optically Transparent and Geometry Customized Artificial Cornea Substitutes”發表在《ACS Nano》。
圖1. (A)人類角膜結構。角膜基質層由直徑小而均勻(22.5 nm ~ 35nm)的膠原原纖維緊密排列成片狀多層，每層約有200個原纖維平行排列，并垂直于相鄰片層中原纖維的排列方向。這種特殊的空間組織充當衍射柵欄，為角膜提供優越的光學。(B)膠原蛋白動力學電組裝示意圖。陰極電信號產生的pH變化觸發膠原三螺旋分子進行快速動力學組裝，形成納米級膠原微原纖維(直徑約10 nm)，從而減小光散射，提高透明度并降低霧度。(C)定制的陰極電極可加工具有特定曲率的KEA-Col作為人工角膜替代品ACSs，用于缺損角膜的上皮化和基質重建。這種個性化的ACSs滿足屈光要求，有助于患者術后視力快速恢復。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c02291
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（責任編輯：xu）
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