仿生双蛋白半IPN水凝胶：用于促进愈合、调节免疫系统和矿化的蛋白质-多糖生物基质

《Biopolymers》：Biomimetic Double-Protein Semi-IPN Hydrogels: Synergistic Protein–Polysaccharide Biomatrices for Healing, Immunomodulation, and Mineralization

本研究开发了一种双蛋白半互穿聚合物网络（semi-IPN）水凝胶平台，整合胶原蛋白和磷酸卵清蛋白于生物活性聚氨酯交联基质中。通过引入淀粉、羧甲基纤维素和黄原胶三种多糖调控网络结构，实现交联密度、肿胀性、结晶度和降解动力学的优化。实验表明，该平台具有优异的粘弹性（≈420 Pa）和热稳定性（≈380°C），显著促进碳化羟基磷灰石矿化（CA-CMC组提升近200%），同时展现良好的细胞相容性及抗炎（TNF-α降低）、抗菌活性（对革兰氏阴性菌更强）和血液相容性，为软硬组织再生提供多功能支架。

摘要

本研究介绍了一种仿生双蛋白半互穿聚合物网络（semi-IPN）平台，该平台将胶原蛋白（C）和磷酸化球状蛋白卵白蛋白整合到生物活性聚氨酯（PU）交联基质中。与先前报道的胶原蛋白–PU–多糖系统不同，引入第二种蛋白质相能够协同调节矿物成核、界面电荷分布和生物响应。研究了三种多糖——淀粉（CA–A）、羧甲基纤维素（CA–CMC）和黄原胶（CA–GX）——以调控网络结构和功能。卵白蛋白缩短了凝胶化时间（t₁/₂≈30?min），而多糖的性质则影响了交联密度、膨胀行为、结晶度和降解动力学。CA–GX的交联程度最高（约63%），而CA–A表现出显著的膨胀性（约1125%）。CA–CMC形成了具有增强半结晶性的树状纤维结构，类似于细胞外基质的组织结构。通过尿素键的形成证实了semi-IPN的结构，其粘弹性强度（G′≈420?Pa）和热稳定性（T_max≈380°C）得到了提升。所有支架都具有细胞相容性，并支持成纤维细胞、单核细胞和骨髓来源细胞的代谢。双蛋白结构有助于提高血液相容性、调节血小板粘附、具有选择性的抗菌活性（对革兰氏阴性菌更强）、调节炎症标志物（降低TNF-α表达），并在体外显著促进矿化作用，其中CA–CMC在模拟体液中促进了碳化羟基磷灰石沉积量增加了近200%。通过将结构化的胶原纤维与具有矿化活性的球状蛋白整合到可调的多糖–PU框架中，本研究建立了一种多功能混合支架平台，能够实现比单一蛋白semi-IPN系统更协调的软组织和硬组织再生响应。

图形摘要

开发了一种双蛋白半IPN水凝胶，作为在多糖框架内结合互补蛋白质网络的仿生平台。这种协同结构增强了机械稳定性、细胞响应、免疫调节作用和矿物沉积能力。这种集成设计使系统成为用于伤口愈合和组织再生的先进生物材料。

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