淡水鱼胶原蛋白在生物医学材料中应用的相关基础问题研究

近年来，胶原蛋白在生物医学材料领域中展现出令人瞩目的应用前景。目前的相关研究以哺乳动物和海洋鱼类胶原蛋白为主，针对淡水鱼胶原蛋白的研究还处于起步阶段。本项目从生物医学材料领域对胶原蛋白生物学性能的要求这一视角出发，紧密围绕蛋白分子结构、构象行为与其生物学性能之间的耦合作用展开研究工作。运用动态流变仪、凝胶质构仪、生物材料力学分析仪和生理功能评价等技术手段，系统解析淡水鱼胶原蛋白包括生物降解、生物相容和生物力学性能在内的主要生物学性质及其与哺乳动物相比所展现出的共性和独特性；采用构建数学模型的方法直观分析淡水鱼胶原蛋白分子结构与其主要生物学性能之间的定量构效关系并通过原子力显微镜观察、圆二色谱分析、动态光散射分析等现代分析手段，深入研究蛋白分子的高级结构与动态行为对其生物学性能的影响，从多个层面理清淡水鱼胶原蛋白的构效关系，为其在生物医学材料领域中的应用和改性研究提供理论基础。

基于哺乳动物来源的天然胶原在医学组织工程、医学美容等生物材料领域均具有广泛的实践应用。项目首次从该领域的视角出发，围绕鱼胶原的生物学性能特征、性能与结构的构效关系以及分子行为机制等科学问题开展研究，为鱼源胶原在生物医学材料中的应用提供理论基础。具体工作总结如下：. 分别采用酸法和酸-酶结合法制备得到相应的鱼源胶原蛋白产品并证实为具有完整三螺旋分子结构的Ⅰ型胶原。鱼源胶原与哺乳动物胶原在氨基酸组成、氨基酸序列、蛋白二级结构等方面均存在显著差异；基于体内、体外的生物安全性评价实验证实鱼源胶原亦具有良好的生物相容性和促成纤维细胞增殖能力，符合医学组织工程材料的基本要求；以热稳定性、酶解稳定性等为主要指标，评价了淡水鱼胶原的生物稳定性能、影响因素及其与哺乳动物胶原的异同。结果表明，淡水鱼胶原具有良好的生物稳定性。热稳定性是影响胶原生物稳定性的关键因素。热变性或部分热变性胶原的生物稳定性急剧降低；通过构建不同鱼源胶原样本，测定分子结构参数和热稳定性能指标，首次建立了胶原氨基酸组成与胶原热变性温度之间的构效关系数学模型，揭示了脯氨酸羟基化率、酸性氨基酸和碱性氨基酸含量与胶原热稳定性能之间存在内在关联。该研究结果对胶原材料的筛选和胶原生物学性能预测均具有理论指导价值；运用浊度实验、圆二色谱、电镜等手段，分别从宏观和微观两个尺度解析了胶原在溶液体系中的分子行为、影响因素及其与哺乳动物胶原的行为异同。结果表明，鱼源胶原具有与哺乳动物胶原相似的体外纤维重组（自组装）行为特征。其溶液分子行为受体系pH、温度等因素的影响。重组胶原纤维具有典型的D周期结构特征，但其D周期值略低于哺乳动物胶原。纤维重组后胶原的各项生物学性能均有不同程度的提升；利用淡水鱼源胶原构建生物材料并开展了材料性能评价和性能优化的系统研究。结果表明，鱼源胶原凝胶具有良好的粘弹和质构性能，其生物力学性能受温度、胶原浓度等因素的影响。鱼源胶原基多孔材料的研究表明，利用体外纤维重组、分子交联和冷冻速率控制等技术可以实现材料结构和性能的调控与优化。. 通过项目的系统研究，证实鱼源胶原蛋白具备在生物医学材料中应用的性能特征。项目严格依照任务书的各项内容开展工作，较好的实现了预期研究目标。3年共发表学术论文10篇（SCI、EI论文3篇、国家一类学报2篇、二类学报4篇），1篇SCI论文在线预发表并申报国家发明专利1项。