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丝素蛋白/肽可注射水凝胶的制备与肌肉修复应用研究认领

作者：

刘欣怡

学位授予单位：

西安石油大学

摘要：

骨骼肌作为人体重要的动态可塑性组织,在运动、姿势维持和体温调节中发挥关键作用。然而,由创伤、肿瘤切除等因素导致的大体积肌肉缺损(VML)往往超出机体的自修复能力,造成不可逆的功能障碍。虽然自体移植是当前临床主要治疗手段,但其应用受到供体来源有限、移植存活率低等问题的制约。针对这一挑战,基于载体辅助的细胞移植技术作为一种创新性治疗策略,为上述问题提供了新的解决方案。理想的细胞载体需具备良好的生物相容性、可降解性和支持细胞增殖的能力,同时应具有与肌肉组织相匹配的机械强度以维持收缩功能。水凝胶因其与细胞外基质(ECM)相类似的结构特性,以及三维多孔网络结构有利于物质交换和细胞生长的优势,在肌肉组织工程领域展现出广阔的应用前景。基于上述研究背景,本文针对肌肉损伤修复的实际需求,构建了新型丝素蛋白/肽可注射水凝胶,以模拟天然肌肉组织微环境特征,进而探索其在肌肉组织修复中的应用。该体系具有制备过程简便、可实现对不规则缺损区域的完全填充、有效促进细胞的三维增殖以及保护移植细胞等优势,为细胞疗法在肌肉组织工程的应用提供了新的思路。本论文主要包括以下研究内容: (1)通过多肽(Fmoc-YL)在生理条件下诱导丝素蛋白(SF)溶液凝胶化,成功制备了具有细胞适应性的丝素蛋白/多肽可注射水凝胶(SF/YL),并将其作为三维细胞载体用于大体积肌肉损伤修复。通过优化SF与Fmoc-YL的配比(5:1),该水凝胶可在5 min内实现凝胶化。Fmoc-YL和SF之间的超分子相互作用加速了SF二级结构向β-折叠的转变进程。SF/YL水凝胶表现出与肌肉组织相似的机械性能(储能模量11 k Pa)和细胞适应性,既能提供细胞生长所需的力学支撑,又能适应细胞增殖迁移过程中的形态变化。此外,该水凝胶可保护细胞免受注射过程中的剪切力损伤,作为缓释细胞库持续释放细胞,并显著提高移植细胞的体内存活率和滞留时间,可支持细胞在体内保持活性7天以上。在肌肉损伤大鼠模型治疗中,负载细胞的水凝胶治疗组表现出显著的修复效果。与损伤组相比较,治疗组的运动协调性明显改善,运动能力可恢复至正常大鼠的97%,新生肌纤维数量增加5.23倍,胶原沉积面积减少66%,乙酰胆碱受体(Ach R)表达量提高5.21倍,肌球蛋白重链(MHC)阳性肌纤维密度较损伤组提高4.32倍,新生血管密度提升6.63倍。这种新型SF/YL水凝胶为体积性肌肉损伤修复的临床应用研究提供了新的治疗思路。 (2)将SF引入多肽(Fmoc-YYK)自组装水凝胶体系,成功构建机械强度增强的YYK/SF可注射水凝胶,并探索其作为载体促进细胞三维扩增的性能。YYK/SF水凝胶不仅维持了肽自组装水凝胶所特有的仿生纳米纤维微观结构,而且借助SF长链分子骨架的模板效应,增强了多肽分子间的相互作用,进而显著提升了水凝胶的机械性能,使得多肽水凝胶的储能模量从52 Pa提升至36 k Pa。此外,YYK/SF水凝胶表现出优异的生物相容性。这种水凝胶不仅能够实现细胞的三维包封与增殖,而且可通过细胞注射移植手段实现微创治疗,从而为细胞治疗提供充足的细胞。这种新型YYK/SF水凝胶对于仿生细胞三维扩增载体的设计制备与应用表现出至关重要的理论价值与实践指导意义。

摘要译文

关键词：

多肽; 丝素蛋白; 可注射水凝胶; 细胞疗法; 肌肉损伤修复

学位年度：

2025

学位类型：

硕士

学科专业：

化学工程（专业学位）

导师：

丁丽芹

中图分类号：

R318.08[生物材料学];TQ427.26

学科分类号：

080501[材料学];080504[高分子材料];083104[生物材料与组织工程];083608[材料生物工程]

D O I：

10.27400/d.cnki.gxasc.2025.000362