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多肽仿生材料是指借鑒自然界中的天然蛋白質(zhì)、病毒、生物礦物等的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)特定的肽序列，進(jìn)而通過非共價(jià)或共價(jià)作用力調(diào)控形成的具有特定結(jié)構(gòu)與功能的一類生物材料。

“多肽仿生材料是指借鑒自然界中的天然蛋白質(zhì)、病毒、生物礦物等的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)特定的肽序列，進(jìn)而通過非共價(jià)或共價(jià)作用力調(diào)控形成的具有特定結(jié)構(gòu)與功能的一類生物材料?！?月27日，天津大學(xué)化工學(xué)院副研究員王躍飛向科技日?qǐng)?bào)記者介紹。

多肽仿生材料近年來備受學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注。日前，王躍飛對(duì)多肽仿生礦化材料的合成機(jī)制、獨(dú)特性質(zhì)及其應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)介紹和討論，并以通訊作者身份在國際期刊《化學(xué)學(xué)會(huì)評(píng)論》上發(fā)表了綜述論文。

多肽仿生材料生物相容性好、種類豐富

由于多肽的組成結(jié)構(gòu)與人體蛋白質(zhì)有高度的相似性，作為一類內(nèi)源性分子，其具有很好的生物相容性。此外，多肽的結(jié)構(gòu)變化豐富。常見的組成多肽分子的氨基酸有20種，因此對(duì)于一條由30個(gè)氨基酸構(gòu)成的多肽分子，就具有高達(dá)20^30種不同的氨基酸的組成方式。

“隨著肽鏈長度的增加，其組成方式將變得更為多樣。不同的氨基酸有不同的物化性質(zhì)和生物活性，因此通過改變多肽的氨基酸序列長度以及組成，可以獲得不同性質(zhì)的多肽分子，滿足不同的應(yīng)用需求?！蓖踯S飛說。

“由于多肽具有生物相容性好、結(jié)構(gòu)多樣等優(yōu)點(diǎn)，且表面含有豐富的活性基團(tuán)，因此可以制成多種多肽仿生材料。”王躍飛介紹。

其中多肽仿生礦化材料是近些年多肽仿生材料中發(fā)展較為迅猛的類型。

仿生礦化是模擬自然界中生物的礦化過程，如骨骼、牙齒、貝殼等的形成，利用生物分子在溫和條件下合成無機(jī)礦物。

王躍飛介紹：“多肽仿生礦化材料由于具有獨(dú)特的光學(xué)、催化以及生物活性，在傳感檢測(cè)、生物成像、抗腫瘤、藥物遞送、牙齒和骨骼修復(fù)等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用?！?/p>

多肽仿生材料創(chuàng)新研究層出不窮

近年來，在醫(yī)藥健康等領(lǐng)域，由多肽分子構(gòu)成的水凝膠、藥物載體等仿生材料同樣得到了廣泛的應(yīng)用。王躍飛舉例，多肽分子能夠形成具有特定生物活性的超分子水凝膠，能夠模擬體內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)的環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞的黏附、增殖、遷移、分化等，可用于細(xì)胞培養(yǎng)、組織工程、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。目前已有多家公司推出了基于多肽水凝膠的產(chǎn)品，在軟組織的創(chuàng)面處理、手術(shù)過程中使用的止血材料以及高端化妝品等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了成功應(yīng)用。

目前，多肽仿生材料在眾多領(lǐng)域都涌現(xiàn)出新的研究成果。

在生物成像與檢測(cè)領(lǐng)域，通過模擬海洋生物水母中天然綠色熒光蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，王躍飛聯(lián)合天津大學(xué)齊崴教授設(shè)計(jì)了一系列富含苯丙氨酸、組氨酸或酪氨酸殘基的仿生多肽。這些多肽能夠組裝成多色系的熒光納米顆粒，發(fā)出覆蓋整個(gè)可見光區(qū)域以及近紅外區(qū)域的熒光色彩，在生物成像與檢測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

“在材料設(shè)計(jì)方面，精確控制多肽分子之間的組裝結(jié)構(gòu)和行為是領(lǐng)域內(nèi)的研究難點(diǎn)?！蓖踯S飛介紹，近年來，研究人員能夠利用人工智能軟件，設(shè)計(jì)構(gòu)成多肽的氨基酸序列，精確控制多肽分子之間的組裝方式，從而極大提高了多肽仿生材料的設(shè)計(jì)效率和精度，獲得自然界中無法得到的多級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)。

在材料合成方面，快速精準(zhǔn)制備目標(biāo)多肽材料是其成功應(yīng)用的關(guān)鍵。近年來，通過合成生物學(xué)技術(shù)，合成與功能修飾結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的多肽分子成為可能。另外，通過3D打印等精確組裝技術(shù)，研究人員能夠進(jìn)一步精密調(diào)控多肽分子的組裝過程，獲得可用于組織工程的多級(jí)有序三維凝膠支架。

“隨著材料設(shè)計(jì)以及合成方面的技術(shù)逐漸進(jìn)步，未來多肽仿生材料的種類會(huì)越來越豐富，應(yīng)用也會(huì)更加廣泛?！蓖踯S飛介紹，多肽分子組裝形成的納米顆粒，具有很好的靶向性和獨(dú)特的生物學(xué)功能，能夠作為載體包裹抗腫瘤藥物、核酸藥物等，并將其靶向遞送至特定人體器官、組織或細(xì)胞中。目前，已有多家國內(nèi)外公司正在開發(fā)以多肽為遞送載體的抗腫瘤藥物、小核酸藥物等，并進(jìn)入了Ⅱ期臨床階段。在這方面，王躍飛及其團(tuán)隊(duì)開展了深入研究，致力于肽基遞送載體的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

另一個(gè)前沿應(yīng)用領(lǐng)域是以多肽為核心的仿生智能材料，如智能水凝膠，這類材料在外界刺激條件下，能夠發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其生物活性的動(dòng)態(tài)調(diào)控?；谶@些性質(zhì)，多肽智能水凝膠能夠用于神經(jīng)干細(xì)胞的分化，實(shí)現(xiàn)對(duì)受損神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)和功能的修復(fù)和再生，進(jìn)而有望幫助癱瘓病人恢復(fù)肢體功能。（陳曦、劉曉艷）