医用钛合金材料具有高机械强度、抗疲劳性能、抗腐蚀性以及抗应变原性等优势，是临床应用中（如牙科和骨科）最广泛的承力植入材料。然而，钛基材料的生物惰性导致它只能与生长骨之间产生机械结合而不能形成生物化学结合，因而植入骨内时难以实现很好的骨整合作用。针对这一问题，医用钛合金材料的表面改性已成为医用生物材料的研究热点之一。近日，苏州大学附属第一医院骨科杨惠林教授团队的潘国庆博士和施勤副教授通过生物模拟的多肽合成技术，设计合成出可以通过简单浸泡的方式、“一步法”改进钛植入材料骨整合作用的仿生活性多肽分子。
苏州大学团队所设计的仿生肽一端含有多重的DOPA氨基酸序列，另一端则为具有生物活性的多肽序列，如细胞贴附肽（RGD）和成骨活性肽（YGFGG）。在自然界中，DOPA氨基酸，即3,4-L-二羟基苯丙氨酸（3,4-dihydroxy-L-phenylalanine），广泛存在于贻贝类生物所分泌的粘附蛋白中。DOPA中的儿茶酚（邻苯二酚）可以和多种材料表面材料共价和非共价方式结合，是贻贝类生物附着于礁石、船只等表面的重要手段。研究证明，DOPA基团和二氧化钛表面在水中简单接触的情况下快速形成稳定的配位结合作用。与此匹配的是，钛合金材料表面都会被包覆一层致密、稳定的二氧化钛氧化层（2-20 nm）。鉴于此，上述设计的生物模拟活性肽则可以通过简单浸泡的方式“一步法”实现钛合金医用材料表面改性。
该仿生设计的生物活性多肽除了在体外能够有效地促进材料表面的细胞贴附和骨髓间充质干细胞成骨分化，动物体内也显示了良好的骨整合效果。该研究团队以医用钛钉和新西兰大白兔分别为钛基植入材料和动物模型，实验结果显示，通过仿生设计活性肽改性后的钛钉在植入新西兰大白兔股骨髁后，可以有效促进钛钉周围的骨生成。相比于没有改性的钛钉，联合使用RGD和YGFGG双功能多肽的钛钉在植入动物体内4周之后，骨体积的增量有效增加40%之多。力学拉伸结果同样表明，使用这一仿生活性改性后的钛钉在植入动物体内后的力学性可显著增加一倍之多，证实了体内的高效骨整合作用。
相比于传统的物理或化学方法，该研究涉及的表面改性方法具有简单高效性、生物活性的可选择性（如细胞贴附因子和成骨生长因子）等优势，因此在钛合金医用材料表面改性领域显示出极大地应用前景。更重要的是，该研究完美地将化学设计和生物应用结合，仿生合成的多肽分子具有高度生物模拟性（绝对的多肽分子）和生物兼容性，因此将极其有利于在临床上的推广使用。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society上。潘国庆博士是文章的第一作者与通讯作者，施勤副教授和杨惠林教授为共同通讯作者。
该论文作者为：Guoqing Pan, Shujin Sun, Wen Zhang, Ruobing Zhao, Wenguo Cui, Fan He, Lixin Huang, Shih-Hui Lee, Kenneth J. Shea, Qin Shi, Huilin Yang
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Biomimetic Design of Mussel-Derived Bioactive Peptides for Dual-Functionalization of Titanium-Based Biomaterials
J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 15078-15086, DOI: 10.1021/jacs.6b09770
导师介绍
杨惠林
http://www.x-mol.com/university/faculty/37847
施勤
http://www.x-mol.com/university/faculty/37849
潘国庆
http://www.x-mol.com/university/faculty/37848