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  醫(yī)用生物材料植入體內(nèi)與肌體反應(yīng)首先發(fā)生在材料表/界面，因此，材料表/界面如何調(diào)控細(xì)胞行為是生物材料研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)和核心科學(xué)問(wèn)題，也是研究和發(fā)展活性生物材料的關(guān)鍵。源于生命體的功能多肽已經(jīng)被廣泛用于生物材料表面修飾、進(jìn)行細(xì)胞行為調(diào)控和獲得生物活性材料。但是，細(xì)胞非特異性粘附阻礙了這些多肽的發(fā)現(xiàn)、功能研究和展示。很多研究者已經(jīng)意識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題，并廣泛使用聚乙二醇（PEG）作為材料表面抗污層并進(jìn)一步接枝功能多肽，但是，長(zhǎng)期以來(lái)PEG鏈長(zhǎng)對(duì)于展示多肽功能的影響仍不明確。

  針對(duì)以上問(wèn)題，華東理工大學(xué)劉潤(rùn)輝教授課題組深入研究并建立普適性生物材料表面活性修飾方法，同時(shí)闡釋了PEG鏈長(zhǎng)的選擇對(duì)于生物結(jié)果的影響及原因，最終發(fā)現(xiàn)中等鏈長(zhǎng)（OEG8）能夠極大的降低材料表面背景干擾、并能充分展示多肽的功能。這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的解決, 為高效的篩選功能分子以及研究其與細(xì)胞的相互作用提供了基礎(chǔ)和平臺(tái)。該研究成果以題為“Impact of Antifouling PEG Layer on the Performance of Functional Peptides in Regulating Cell Behaviors”發(fā)表在《JACS》上，并被選為封面文章。

Figure 1. Cell adhesion studies indicate OEG8 as an excellent antifouling layer to demonstrate the genuine and optimal function of cell-selective CAPs.

  首先，選用常見(jiàn)的具有細(xì)胞選擇性的粘附功能多肽（CAP,例如KRSR,YIGSR和VAPG）來(lái)研究它們對(duì)于成骨細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞，平滑肌細(xì)胞的選擇性粘附效果，他們發(fā)現(xiàn)只有中等鏈長(zhǎng)的PEG（OEG8）才能最大程度的發(fā)揮CAP的特異性細(xì)胞粘附作用。

Figure 2. Study on how the antifouling PEG layer affect the genuine function of CAPs.

  為了探索其中的原因，論文進(jìn)一步研究了表面蛋白吸附和表面的多肽接枝密度。發(fā)現(xiàn)較短鏈長(zhǎng)的PEG雖然可以達(dá)到較高的多肽接枝密度，但是對(duì)于蛋白吸附的抵制能力較差，蛋白在其上面的非特異性吸附導(dǎo)致了細(xì)胞的非特異性粘附，也阻礙了多肽與細(xì)胞的相互作用。長(zhǎng)鏈的PEG雖然可以獲得較好的抗污效果，將背景降到最低，但是由于長(zhǎng)鏈PEG自身的接枝密度比OEG4和OEG8低，而且冗長(zhǎng)的鏈段可能導(dǎo)致端基的活性位點(diǎn)被包埋，多肽接枝密度明顯降低，可能?chē)?yán)重影響多肽功能的發(fā)揮。

Figure 3. ECs and SMCs migration on YIGSR-modified surfaces indicate OEG8 as an excellent antifouling layer to demonstrate the genuine and optimal function of EC-selective YIGSR peptide.

  接下來(lái)，通過(guò)能特異性識(shí)別內(nèi)皮細(xì)胞（EC）的YIGSR多肽在細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步驗(yàn)證。發(fā)現(xiàn)在OEG4表面接枝YIGSR的效果仍然不理想，未能展示YIGSR應(yīng)有的EC選擇性；中等鏈PEG連接的YIGSR對(duì)EC細(xì)胞遷移速率最大，充分展示了YIGSR應(yīng)有的EC選擇性。這與細(xì)胞粘附的結(jié)論一致，OEG8能夠充分體現(xiàn)多肽功能。

Figure 4. BMSCs differentiation on RGD peptide-, BMP-2 peptide-, and RGD/BMP-2 dual ligand-modified surfaces indicate OEG8 as an excellent antifouling layer to demonstrate the genuine and optimal function of BMP-2 peptide in modulating stem cell differentiation.

  最后，研究RGD（細(xì)胞粘附多肽）和BMP-2多肽（促成骨分化多肽）同時(shí)接枝的表面，使用“dual-ligand”模型，協(xié)同促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSC）的成骨分化。發(fā)現(xiàn)使用OEG4作為抗粘附層不能充分展示兩個(gè)不同功能多肽的協(xié)同效應(yīng)，并且由于血清蛋白的吸附，影響B(tài)MP-2多肽與細(xì)胞作用。而用OEG8作為抗粘附層，能夠優(yōu)化的展示“dual-ligand”促進(jìn)細(xì)胞粘附和干細(xì)胞定向分化的理想功能。

  此論文通過(guò)細(xì)胞粘附、遷移和定向分化分別研究和展示了中等長(zhǎng)度的PEG抗粘附分子（OEG8）對(duì)于最優(yōu)化的展示多肽本真功能的重要性。這個(gè)圍繞生物材料表/界面中的核心科學(xué)問(wèn)題的研究，為理解和調(diào)控多肽與細(xì)胞的相互作用提供科學(xué)基礎(chǔ)，也為高效篩選新的功能多肽、并應(yīng)用于生物材料和組織工程等相關(guān)領(lǐng)域提供了優(yōu)化的技術(shù)平臺(tái)。

  該論文的第一作者為華東理工大學(xué)研究生陳琦，通訊作者為華東理工大學(xué)劉潤(rùn)輝教授，研究得到合作者浙江大學(xué)高長(zhǎng)有教授、毛崢偉教授和于珊博士的大力支持。該研究得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委等基金的資助。

  論文鏈接:  https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b07105