活性生物磷灰石结合肽引导牙样组织再矿化的研究

Tooth and bone are highly organized hierarchical nanocomposites with unique mechanical and crystallographic properties. For decades, a great amount of effort has been put into the study of mimic bone-like and dentin-like structures for hard tissue repairation and regeneration. It should be pointed out that the molecular mechanism of organic-inorganic interaction during biomineralization is far from clear. Thus，mimic mineral and organic phases interface at molecular level using mineral-binding peptides (MBPs) will be a promising way to explore the mechanism and produce novel biomaterials. In our previous study, a subset of bio-apatite binding peptides(Bio-APBPs) were recovered from peptide library. Some binders were found to act as functional regulators during mineralization process. In the present study, Bio-APBPs will be synthesized and systematically tested for oriented attachment (OA) ability in both gel and solution systems. Crystallization behaviors and mechanism of organic-inorganic interactions will be discussed by using microanalysis technologies. A modified mimic system for hard tissue regeneration will be established and experimental evidences will be provided for a better understanding of organic-inorganic recognization.

牙齿和骨都是高度有序的纳米级生物矿化产物，具有优异的机械力学和晶体学性能。仿生制备牙样和骨样结构用于硬组织缺损的修复和再生已然成为制备新型硬组织修复材料的研究热点。然而生物矿化过程中“有机-无机相互作用”的分子机制尚不明晰。因此运用矿物结合肽在分子水平上模拟有机-无机复合物的结合方式不仅有利于探索其作用的内在机制还能为制备新型生物材料提供新的思路。本项目组前期研究已从肽库中获取了一系列生物磷灰石结合肽序列，其中部分序列在矿化实验中表现出矿化调控活性。本项目拟在凝胶和溶液体系中系统地测试体外合成结合肽的取向附着诱导活性。微区分析技术将被用于观测晶体的结晶行为和探讨有机-无机界面相互作用的内在机制。项目将建立优化的体外仿生矿化体系和提供实验证据以加深对有机-无机界面识别的分子机制的理解。

生物磷灰石结合肽是一类利用噬菌体展示技术淘选获得的能特异性识别和结合于生物磷灰石矿物表面的活性肽。由于矿物结合肽常兼具矿化调控活性，因此这些活性小分子具有制备特殊结构的纳米材料和杂化材料的潜能。项目组对前期获取的一系列生物磷灰石结合肽的矿化调控活性进行了初筛，挑选出部分序列进行了体外固相合成。进而在碱性磷酸酶释控的体外仿生矿化体系中评价添加剂对钙磷沉积过程的影响。监测系统中OD280nm等参数随时间的变化情况，并取样进行形态学和物相分析。同时在改良模拟体液的仿生矿化体系中评价添加剂对磷灰石类矿物表面再矿化的影响。利用高分辨率微区衍射等技术观察矿化前沿的微观结构。以牛血清白蛋白（矿化促进剂）为阳性对照，以不含添加剂的反应为空白对照。研究结果提示，生物磷灰石结合肽（P1和P5）在矿化反应早期即作用于水合状态的矿化前驱体并改变其形貌，延迟矿物相变过程。陈化一段时间后，P1和P5可引导片状晶体间局部融合，进而形成具备多孔和螺旋管等特殊结构的纳米颗粒。阳性对照和空白对照组则未观察到上述现象。模拟体液的矿化系统中，可见P5介导的新生钙磷沉积颗粒发生取向附着并形成特殊的类似于釉柱的结构。综上所述，P1和P5兼具磷灰石类矿物的亲和力和矿化调控活性，具有体外仿生制备特殊结构的纳米多孔杂化材料的潜能。由于生物磷灰石结合肽的活性和功能具有可改造的特性，因此制备包含上述活性肽的杂化材料在抗菌，药物释控和硬组织再生等领域具有较好的应用前景。