2020年 9月 8日，來自暨南大學(xué)深圳人民醫(yī)院的 Qiqing Zhang教授在 Chemical Engineering Journal上發(fā)表了“Astrocytes Control Sensory Acuity via Tonic Inhibition in the Thalamus”的文章。該研究開發(fā)出一種多層的多多巴胺（PDA）/氧化石墨烯（GO）/I型膠原（COL1）（PGC）納米膜，并對其進(jìn)行了生物學(xué)評估。這種生物活性涂層使金屬鈦植入物的使用成為可能。

在這篇文章中云克隆云克隆 ELISA試劑盒（骨鈣素（Osteocalcin, OC），SEA471Ra）再次受到科研工作者的認(rèn)可，榮登優(yōu)秀國際期刊。

研究介紹

在臨床應(yīng)用上，鈦基生物材料的治療效果好壞參半。盡管這類材料因其良好的性能而被廣泛應(yīng)用于臨床，但是它表面較低的生物活性也同樣面臨許多問題。涂層功能單一的植入物完全不能滿足復(fù)雜的骨微環(huán)境的要求。因此，迫切需要在鈦基種植體表面開發(fā)一種多功能的、個性化的、生物相容性好的涂層，以滿足個性化種植體的需求。

考慮到這些，作者開發(fā)出一種多層的多多巴胺（PDA）/氧化石墨烯（GO）/I型膠原（COL1）（PGC）納米膜，通過一層一層自組裝工藝在純鈦表面制備了具有強(qiáng)大可控的釋放能力的生物活性物質(zhì)。PDA具有極強(qiáng)的共價和非共價結(jié)合能力，優(yōu)異的金屬離子螯合能力，被用作粘合劑。并且，PDA能增強(qiáng)有機(jī)和無機(jī)界面的相互作用。它們與無機(jī)表面上的羥基和有機(jī)表面上的氨基同時形成共價鍵，而界面上的氫鍵顯著增強(qiáng)了這些作用。因此，PDA層可以保證納米膜牢固地附著在基板上。GO可以吸引金屬離子，并且能夠承載很多其他的生物活性物質(zhì)。此外，GO可以提供場所使生物活性物質(zhì)裝載在PGC納米膜上。GO帶負(fù)電荷，它可以與帶正電荷的COL1層形成靜電結(jié)合以提高PGC納米膜的穩(wěn)定性。GOL1作為人體骨組織不可缺少的成分之一，可以促進(jìn)骨細(xì)胞分化和細(xì)胞外基質(zhì)礦化的作用。

首先，作者制作了一種經(jīng)過堿熱處理的鈦基板（AHTi），并選擇了3種PGC納米膜（PGC5，PGC10，PGC20）包被。通過掃描電子顯微鏡的觀察Ti、AHTi、AHTi-PGC（5、10、20），發(fā)現(xiàn)它們的表面結(jié)構(gòu)并不相同。AHTi明顯呈現(xiàn)出多孔結(jié)構(gòu)的特征，而且其表面特性被PGC納米膜改變。作者同時測量了材料的水接觸角和乙二醇接觸角，發(fā)現(xiàn)堿熱處理后的材料的水接觸角和乙二醇接觸角均減少。但是，AHTi-PGC相對于AHTi，其接觸角顯著增加。同時，堿熱處理極大的增加了材料表面的自由能，并且AHTi-PGC的自由能更加高。之后，作者使用X射線光電子譜技術(shù)探測Ti，AHTi、AHTi-PGC（5、10、20）表面的元素組成。

作者探討了PGC納米膜中各組分之間的相互作用對納米膜的形成和生物活性的作用。PDA層中可能存在兒茶酚、氨基和質(zhì)子化氨基(-NH3 +)三個活性官能團(tuán)。在堿性環(huán)境下(pH = 8.5)，鄰苯二酚基團(tuán)可以通過雙齒相互作用與兩個Ti-OH基團(tuán)形成強(qiáng)共價鍵，顯著提高了PGC納米膜與Ti底物的結(jié)合強(qiáng)度。GO與PDA層、GO與COL1層之間的相互作用主要是靜電作用和氫鍵。值得注意的是，在與PDA或COL1層相互作用后，各GO層中只有最外層的GO被還原，保留了大量的生物活性物質(zhì)的負(fù)載位點(diǎn)。COL1與PDA層間的相互作用，除了非共價鍵作用(即靜電作用和氫鍵)外，在pH為8.5時，COL1分子中的胺基與PDA中的醌類通過Michael加成反應(yīng)或Schiff反應(yīng)形成共價鍵這些共價鍵確保了相鄰兩層PGC納米膜之間緊密的錨定，從而提高了整個納米膜的穩(wěn)定性。

之后，作者測定了COL1在PGC納米膜的含量，發(fā)現(xiàn)在AHTi-PGC20中含量最高。COL1的釋放依賴于PGC納米膜的降解，這也可能影響負(fù)載生物活性物質(zhì)的釋放行為。因此，作者繪制了COL1累積釋放曲線，發(fā)現(xiàn)在最初的24 h，COL1在3中PGC納米膜中都釋放很快。并且，PGC5納米膜的COL1釋放高達(dá)80%，而PGC10和PGC20的釋放進(jìn)入一個相對穩(wěn)定逐步釋放的階段直到第21天。這說明PGC納米膜的降解可以持續(xù)一段很長的時間，這有利于維持生物活性物質(zhì)的釋放。

作者從蛋白吸收，細(xì)胞黏附、細(xì)胞形態(tài)學(xué)以及細(xì)胞相容性方面比較了Ti，AHTi、AHTi-PGC（5、10、20）。研究發(fā)現(xiàn)PGC納米膜能有效提高細(xì)胞粘附于修飾的Ti表面，維持良好的細(xì)胞狀態(tài)，為rBMSCs的增殖和成骨分化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。并且，在7和14 d時，rBMSCs在不同樣品上的存活率是由高到低的順序：AHTi-PGC5 ≈ AHTi-PGC10 ≈ AHTi-PGC20 > Ti > AHTi。觀察rBMSCs體外成骨分化，作者發(fā)現(xiàn)PGC納米膜能夠誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化，并且誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞與納米膜層數(shù)呈正相關(guān)。

最后，作者以Ag⁺和BSA作為生物活性物質(zhì)模型，考察了PGC納米膜控制釋放生物活性物質(zhì)的能力。總體而言，裝載Ag⁺和BSA的PGC納米膜物化性質(zhì)沒有明顯影響，且它們的釋放與COL1極為一致。這說明，PCG表面可以開發(fā)出一種適用于特定臨床需求的多功能、個性化的涂層。