血红蛋白基生物材料的分子组装与物性研究

Research on blood substitutes has arised great concerns and made a considerable progress. Up to now, hemoglobin based oxygen carriers are the most acceptable systems. In this project, we will fabricate the well-defined core/shell structure to mimetic the blood cells by using hemoglobin through a layer-by-layer assembly technique. Proteins and funtionalized biopolymer will be used as wall materials which possess biodegradability,biocompatibility, nontoxicity and hemocompatibility. With the advantages of the layer-by-layer technique, the as-prepared core/shell structure can be well controlled and adjusted to have the similar properties to those of red blood cells. The obtained co-assembled biomaterials will be considered as the blood substitutes for the practical application.

寻找安全有效地血液应急材料为应对因突发事件而引起的人员伤亡具有重要的现实意义。基于血红蛋白的血液应急品具有高载氧性和良好的生物兼容性，已成为血液应急生物材料的首选体系。目前对该课题的研究仍面临诸多困难，如如何增强血红蛋白的稳定性、生物活性和提高其载氧和释氧的能力等。本项目将基于模板法与层层组装技术相结合，构建尺寸可控的血红蛋白基核/壳结构体系，以期达到将组装体作为血液应急材料应用于生物体中的目的。进一步地，将高铁血红蛋白还原酶等功能蛋白分子与血红蛋白复合组装，增强其抗氧化性和稳定性,并对其机理进行深入研究。引入血红蛋白别构效应剂，提高其生物活性。借助活体实验平台，开展临床前的活性实验研究。通过该项目的实施，为开发高效能新型血液应急材料提供重要的实验依据。

寻找安全有效地血液应急材料为应对因突发事件而引起的人员伤亡具有重要的现实意义。鉴于血红蛋白独特的氧结合特性和正常的生理代谢途径，血红蛋白基组装体已成为血液应急生物材料的首选体系。目前对该课题的研究仍面临诸多困难，例如如何防止血红蛋白解聚或氧化成高铁血红蛋白，如何提高其装载浓度同时保持其载氧和释氧的能力。本项目以血红蛋白为主要组装基元，基于自组装、共沉积、层层组装等方法制备血红蛋白基微纳米胶囊、微纳米球和凝胶。通过在体系中掺杂或共组装功能分子，调控血红蛋白基组装体的表面性质和功能，获得具有良好的稳定性、长血液循环时间以及抗氧化活性的血红蛋白组装体，防止了血红蛋白的解聚和氧化，使其保持了固有的载氧释氧活性。研究了血红蛋白组装体的稳定性、生物相容性、生物可降解性、血液相容性、抗氧化性以及细胞毒性，获得了最优生物效能下的各项实验参数。在此基础上，探索了血红蛋白基组装体在氧载体、血液应急材料以及乏氧抗肿瘤治疗中的应用。本项目的研究为血红蛋白组装体真正应用到临床治疗中奠定了坚实的理论和实验基础。同时也拓展了不同组装技术对其他蛋白组装体的结构与功能的影响。