肽基生物材料应用——组织工程
组织工程学对抗常规嫁接组织工程是传统移植的一种有前途的替代方法。移植是一种外科手术，旨在将组织从一个部位转移到另一个部位或从供体转移到患者，用健康的皮肤、骨骼、软骨、神经或血管替换受损的皮肤、骨骼、软骨、神经或血管。相比之下，用于组织工程的生物材料包括支架、细胞和生物活性分子。这种协同组合是目前组织修复和再生的安全的选择之一。
构成组织工程用生物材料的典型元素包括:
脚手架:复合材料，或天然和合成聚合物
生物活性分子:小分子、蛋白质或肽，例如细胞粘附肽和自组装肽
单元格(可选):间充质干细胞
由于慢性疾病发病率的增加、常规移植供体的低可用性以及医学移植的固有限制，对该领域的兴趣一直在稳步增长。这些生物材料的目的是促进患者的组织再生，或者使用生物活性分子修饰的无细胞支架，或者将这些修饰的支架与患者自身的mscs相结合。
用于组织工程生物材料的支架和细胞设计模仿天然细胞外基质，支架是生物相容的、可生物降解的、多孔的和稳定的结构，能够支持细胞生长。用于这些应用的天然聚合物包括胶原蛋白、壳聚糖、弹性蛋白和透明质酸(ha)等。用作组织工程生物材料支架的合成聚合物通常包括聚ε-己内酯(pcl)、聚乳酸(pla)和聚乙醇酸(pga)等。
天然和合成聚合物都有特定的优点和局限性。例如，天然聚合物以其高生物相容性而闻名，但机械性能差，经常导致过早分解。相比之下，合成聚合物往往比它们的天然对应物更稳定，但表现出低生物相容性，经常导致炎症，并最终导致生物材料的排斥。增强生物相容性可降低不良反应的风险，通常通过用生物活性分子修饰天然或合成支架的表面来实现。
细胞是这些生物材料的另一个重要组成部分，从脂肪组织或骨髓中分离出来的成人间充质干细胞(mscs)是目前再生医学的黄金标准。它们表现出自我再生和分化成不同细胞类型的能力，使它们成为新的健康组织的有用构件。
用于组织工程生物材料的生物活性分子在目前用于组织工程生物材料的大量生物分子中，肽作为聚合物支架的改性剂起着至关重要的作用。与蛋白质修饰的生物材料相比，肽修饰的支架具有相似的特性。但是与蛋白质相比，将肽用于组织应用具有几个显著的优势:
肽的合成要简单得多划算的而不是蛋白质表达
肽修饰是坦率的
这些小分子也是更有抵抗力温度和ph值等环境条件，而蛋白质往往在非生理条件下降解
肽往往有较低的免疫原性与大蛋白质相比
由于这个原因，肽已经成为用于组织工程应用的生物材料的优选生物活性成分。下表提供了一些具有突出生物活性的肽的例子:
type of peptidesoriginaa sequence/name of the bioactive motif
cell adhesion peptides collagen rgd
dgea
gfoger
gfpger
gtpgpqgiagqrgvv (pepgen p-15)
fibronectin phsrn
redv
ldv
kqagdv
laminins ikvav
yigsr
kafdityvrlkf
bone morphogenetic protein (bmp)-like peptides bmp-2 ivappgyhafychgecp (p17)
kipkassvptelsaistlylsggc (p24)
bmp-7 gqgfsypykavfstq (bfp-1)
kqlnaisvlyfdd
vascular endothelial growth factor (vegf)-like peptides vegf kltwqelyqlkykgi (qk)
self-assembling peptides (saps) synthetic radaradaradarada (rad16)
vkvkvkvkvdplptkvkvkvkv-nh2 (max1)
vkvkvkvkvdplptkvevkvkv-nh2
所有这些种类的肽增强了用于组织再生的生物材料的生物相容性。更具体地，细胞粘附肽改善细胞粘附、增殖和分化。相反，vegf样和bmp样肽分别通过控制血管和骨修复来模拟这些蛋白。
有趣的是，自组装肽值得拥有自己的一部分。这些肽形成复杂的三维结构，通过非共价键(即氢键、静电和疏水相互作用)自发自组装。这一过程可以由ph值、温度或化学分子等外部信号触发。
像其他种类的肽一样，saps可以通过固相肽合成容易地产生。此外，复杂纳米结构的形成可以在生理条件下进行，这使得该方法廉价且高效。这些结构也被称为肽水凝胶，它们本身可以模拟细胞外基质，并作为组织再生生物材料的支架。
作为组织工程支架的自组装肽自组装肽是一类快速进化的全合成肽，但它们由天然的构件组成。据专家称，肽水凝胶是各种应用中最有前途的元件之一。尽管它们是合成的，但仍保持生物相容性，具有安全的降解性和最小的免疫原性。此外，水凝胶可以很容易地操作，以获得不同物理性质的支架，如孔径大小，纤维厚度和机械阻力。
基于rad的肽仍然是组织工程中常用的生物材料之一。这些肽基于rad序列，一个16个氨基酸的序列，由张和他的同事在麻省理工学院开发。rad16凝胶化可在盐(即使在低浓度下)或低ph值的存在下被诱导。在这种水凝胶状态下，细胞能够附着在rad16基质的表面，使其成为组织修复生物材料的宝贵支架。虽然第一代rad16肽已经商业化，但它们在生物学上的应用才刚刚开始探索。新一代rad19生物材料已逐步采用活性和天然生物活性图案进行修饰，以增强组织再生和生物相容性。
p11肽包含另一类合成的自组装生物活性分子。这些水凝胶化肽在疏水相互作用下组装，这可以驱动它们重排为原纤维和纤维。这一类的一些肽只有在加入化学对应物时才会聚集，使它们能够适应原地的组装。
尽管在临床前和临床研究中获得了有希望的结果，但自组装肽的合成和纯化仍然具有挑战性。这些问题源于水凝胶序列中存在多个疏水残基。另一个问题是tfa的潜在污染，特别是当这些肽使用高效液相色谱(hplc)纯化时。已知tfa对细胞增殖有负面影响，需要通过在盐酸存在下冻干或通过树脂离子交换将其去除。
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用于组织工程生物材料的支架和细胞设计模仿天然细胞外基质，支架是生物相容的、可生物降解的、多孔的和稳定的结构，能够支持细胞生长。用于这些应用的天然聚合物包括胶原蛋白、壳聚糖、弹性蛋白和透明质酸(ha)等。用作组织工程生物材料支架的合成聚合物通常包括聚ε-己内酯(pcl)、聚乳酸(pla)和聚乙醇酸(pga)等。
天然和合成聚合物都有特定的优点和局限性。例如，天然聚合物以其高生物相容性而闻名，但机械性能差，经常导致过早分解。相比之下，合成聚合物往往比它们的天然对应物更稳定，但表现出低生物相容性，经常导致炎症，并最终导致生物材料的排斥。增强生物相容性可降低不良反应的风险，通常通过用生物活性分子修饰天然或合成支架的表面来实现。
细胞是这些生物材料的另一个重要组成部分，从脂肪组织或骨髓中分离出来的成人间充质干细胞(mscs)是目前再生医学的黄金标准。它们表现出自我再生和分化成不同细胞类型的能力，使它们成为新的健康组织的有用构件。
用于组织工程生物材料的生物活性分子在目前用于组织工程生物材料的大量生物分子中，肽作为聚合物支架的改性剂起着至关重要的作用。与蛋白质修饰的生物材料相比，肽修饰的支架具有相似的特性。但是与蛋白质相比，将肽用于组织应用具有几个显著的优势:
肽的合成要简单得多划算的而不是蛋白质表达
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这些小分子也是更有抵抗力温度和ph值等环境条件，而蛋白质往往在非生理条件下降解
肽往往有较低的免疫原性与大蛋白质相比
由于这个原因，肽已经成为用于组织工程应用的生物材料的优选生物活性成分。下表提供了一些具有突出生物活性的肽的例子:
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像其他种类的肽一样，saps可以通过固相肽合成容易地产生。此外，复杂纳米结构的形成可以在生理条件下进行，这使得该方法廉价且高效。这些结构也被称为肽水凝胶，它们本身可以模拟细胞外基质，并作为组织再生生物材料的支架。
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