《Journal of Biotechnology》：A Biocompatible and Flexible medium chain length PHA, P(3HB-
co-20mol%3HHx) for Neural Tissue Engineering
编辑推荐：
神经组织工程中新型聚羟基烷酸酯材料性能研究。通过工程菌Cupriavidus necator制备P(3HB-co-20mol%3HHx)共聚物，对比Bacillus subtilis OK2生产的P(3HB)及市售PCL材料。溶剂铸膜结果显示P(3HB-co-20mol%3HHx)具有更优的表面粗糙度、机械柔韧性和孔隙结构，显著促进NG108-15神经元吸附、增殖及分化，优于FDA认证的PCL材料。
Lara Santolin|Caroline S. Taylor|Bj?rn Weiske|David A. Gregory|Emmanuel Asare|Annabelle Fricker|Andrea Mele|John W. Haycock|Sebastian L. Riedel|Ipsita Roy
谢菲尔德大学工程学院化学、材料与生物工程系，英国南约克郡谢菲尔德，S3 7HQ
摘要
聚羟基烷酸酯（PHAs）在神经组织工程中显示出巨大潜力。聚（3-羟基丁酸-共-3-羟基己酸）[P(3HB-共-3HHx)] 具有优异的生物相容性、生物降解性和可调节的机械性能，其柔韧性远优于纯聚（3-羟基丁酸）P(3HB)。本研究探讨了由工程改造的 Cupriavidus necator 菌株生产的 P(3HB-共-20mol%3HHx) 的潜力，并将其与由 Bacillus subtilis OK2 菌株生产的 P(3HB) 以及聚己内酯（PCL）进行了比较，以评估其在神经组织工程中的应用。这些聚合物通过批次/连续批次发酵法制备。使用 P(3HB-共-20mol%3HHx)、P(3HB) 和 PCL 制备了溶剂浇铸薄膜，并对其形态、表面结构和机械性能进行了评估。此外，还评估了它们对 NG108-15 神经细胞增殖、存活和分化的支持能力。结果表明，P(3HB-共-20mol%3HHx) 薄膜比纯聚合物 P(3HB) 更适合用于软组织工程。此外，P(3HB-共-20mol%3HHx) 薄膜在促进 NG108-15 神经细胞黏附、增殖和存活方面表现更优，优于目前 FDA 批准用于周围神经修复的生物聚合物 PCL。
章节摘录
引言
周围神经损伤通常由交通事故等创伤引起，可能导致严重的感觉和运动功能障碍以及神经性疼痛（Pfister 等，2011）。对于长度超过 10 毫米的神经缺损，直接端对端缝合不可行，自体神经移植仍是临床上的金标准（Bell 和 Haycock，2012）。然而，这种方法受到供体部位并发症和组织供应不足的限制，因此需要寻找替代的生物材料。
P(3HB-共-20mol%3HHx) 的生产、提取和纯化
P(3HB-共-3HHx) 是利用工程改造的 C. necator 菌株 Re2058/pCB113（源自野生型 H16）生产的。该菌株缺少天然的 PHA 合成酶基因 (phaC)，并且是脯氨酸缺陷型菌株 (?proC)。质粒 pCB113 携带一个人工 PHA 操作子，其中包含来自 Rhodococcus aetherivorans 的异源 PHA 合成酶和来自 Pseudomonas aeruginosa 的烯酰-CoA 水合酶 (PhaJ)，从而能够合成 P(3HB-共-3HHx）。
P(3HB-共-3HHx) 和 P(3HB) 的生产
共聚物 P(3HB-共-3HHx) 在 150 升生物反应器中通过含有低浓度（2% w v-1）和高浓度（52% w v-1）游离脂肪酸（FFA）的 WAF 培养基中制备（图 1）（Saad 等，2021）。培养开始时加入 10 毫克/升菜籽油，以形成稳定的乳液，便于微生物接触随后添加的 WAF（WAF 在标准条件下的熔点较高且溶解度较差，Routledge，2012）。在添加 WAF 后，两种培养体系均出现了泡沫现象。
讨论
本研究通过细菌发酵生产了两种聚羟基烷酸酯 P(3HB-共-20mol%3HHx) 和 P(3HB)，并对其进行了表征，并制备成溶剂浇铸薄膜以进行物理和体外测试。核磁共振（NMR）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和凝胶渗透色谱（GPC）确认了这两种聚羟基烷酸酯的存在及其结构。这些聚合物与 PCL 一起被制成溶剂浇铸薄膜。扫描电子显微镜观察发现，P(3HB-共-20mol%3HHx) 薄膜表面形成了孔隙和微米级晶体。
结论
总之，研究表明，与 FDA 批准的聚合物 PCL 相比，PHAs（P(3HB) 和 P(3HB-共-20mol%3HHx）在促进神经细胞黏附、增殖、存活及分化方面表现更优。由工程改造的 C. necator 菌株生产的 P(3HB-共-20mol%3HHx) 是一种有前景的神经组织工程材料。P(3HB-共-20mol%3HHx) 薄膜具有良好的表面粗糙度，能够支持蛋白质的吸附。
未引用的参考文献
Bartels 等人，(2020); (Noda 等人，2005)
CRediT 作者贡献声明
Sebastian Riedel：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，监督，资金获取，概念构思。Annabelle Fricker：实验研究，数据分析。Emmanuel Asare：实验研究，数据分析。John Haycock：实验研究，数据分析。Andrea Mele：实验研究，数据分析。Caroline Taylor：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，数据可视化，实验研究，数据分析利益冲突声明
作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益/个人关系：I. Roy 教授（首席科学官）、D. A. Gregory 博士（技术顾问）和 Andrea Mele 博士（首席执行官）是 PHAsT Limited 的董事。PHAsT Limited 开发用于多种应用的生物医学级聚羟基烷酸酯（PHAs）。
致谢
我们感谢参与该项目的所有合作伙伴。同时感谢 Nicola Green 博士在共聚焦显微镜方面的帮助，以及 Alice Pyne 博士在原子力显微镜（AFM）方面的协助。感谢德国 ANiMOX GmbH 的 Thomas Grimm 提供 WAF。我们还要感谢已故的 Anthony Sinskey 教授（麻省理工学院）提供用于本研究的工程改造 C. necator 菌株。感谢英国工程与物理科学研究委员会（EPSRC）提供的 EP/X026108/1、EP/V012126/1 和 EP/X024040/1 资助，以及德国联邦政府的支持。
