弹性可降解导电高分子材料的合成及其促进成骨骼肌分化研究

Conductive polymers have great potential application in regeneration of muscle tissues. However, most of conductive polymers show the unsuitable mechanical properties such as the low elasticity and the high modulus, which greatly limit their applications in the repair and regeneration of elastic soft tissues such as skeletal muscle. Herein, we design and synthesize a series of biodegradable conductive elastomers based on aniline pentamer (AP) and different kinds of poly(sebacoyl diglyceride) and diacid with suitable modulus by taking advantages of conductive polymers and bioelastomers. The monomer types, the concentration and different incorporation ways (blocking or grafting) of AP segment within the polymer and the crosslinking density of elastomers will be studied to tune the mechanical properties and conductivity of the resultant materials. Furthermore, the effect of modulus and electrical conductivity of these conductive elastomers on the myogenic differentiation of C2C12 cell line will also be investigated. These biodegradable conductive elastomers overcome the disadvantages of traditional conductive polymers including the brittleness, poor processability, and non-degradability. The enchancement of myogenic differentiation suggests the great potential of these novel conductive elastomers for the repair of skeletal muscle tissue, and further expand their applications in the field of soft tissue engineering.

导电高分子材料在肌肉组织工程中具有广阔的应用前景。然而目前报道的导电高分子材料的机械性能如弹性较差或者模量太高等特性并不适合肌肉等具有一定弹性的软组织的修复及再生。为此，申请人在前期研究可降解导电聚合物的基础上，本项目拟结合导电高分子和生物弹性体的特性，选择苯胺五聚体和不同种类的二酸和双缩水甘油酯为原料，设计并合成出一系列具有一定弹性和合适模量的可降解导电高分子材料，进一步揭示单体种类、苯胺五聚体的含量、在主链型和侧链型中的位置，以及导电弹性体的交联密度等对弹性体的机械性能和导电性能的调节规律；最后研究导电弹性体的弹性模量和导电性对C2C12细胞成骨骼肌分化的促进作用。这些新型可降解导电弹性体克服了传统导电高分子过高的模量和脆性、不可加工性和不可降解性；导电弹性体的促进成肌分化研究将丰富骨骼肌分化的理论，为骨骼肌组织工程的开展奠定基础，为导电弹性高分子材料在软组织修复中的应用提供新的思路。

导电高分子材料可以促进细胞的粘附、增殖和分化，从而在肌肉组织工程中具有广阔的应用前景。然而目前报道的导电高分子材料的机械性能如弹性较差或者模量太高等特性并不适合肌肉等具有一定弹性的软组织的修复及再生。所以，本项目拟合成具有弹性的可降解导电聚合物，通过调控聚合物的结构和组成，从而揭示材料力学性能和导电性能的调控规律，使其更好的应用于肌肉等软组织的修复与再生。本项目主要从以下几个方面开展了研究：1.设计并合成了基于苯胺五聚体和聚癸二酸-甘油酯的弹性可降解导电薄膜，且其能显著地促进成肌细胞的分化；2.设计合成了具有形状记忆功能的弹性可降解导电薄膜，且其能促进成肌细胞的分化,为利用微创手术将导电弹性支架植入人体时提供了可能；3.设计了一种绿色方法来制备基于水溶性聚苯胺/丝素的导电组织工程支架；4.合成了可降解导电自愈合水凝胶用于成肌细胞的释放载体，并能够原位促进肌肉的体内修复；5.合成了图案化电活性可降解弹性体用于心肌组织工程；6.开发了具有编织结构的导电纳米纤维/水凝胶复合组织工程支架来模拟心肌的三维各向异性；7.开发了具有形状记忆功能的电活性抗氧化弹性体聚氨酯作为不粘附敷料促进皮肤的快速愈合；8.合成了抗菌抗氧化导电多功能水凝胶，其作为皮肤敷料极大地促进皮肤修复速度和愈合质量。这些新型的可降解导电弹性体以及水凝胶作为新型活性组织工程支架材料为其在软组织（肌肉、皮肤等）再生中的应用提供新的途径。..近四年，在该项目的资助下，共计在高水平国际期刊上发表论文40篇，其中包括ACS Nano 1篇、Nature Communications 1篇，Advanced Functional Materials 1篇，Biomaterials 3篇，ACS Applied Materials and Interfaces 4篇，Chemistry of Materials 3篇，Acta Biomaterialia 4篇， Biomacromolecules 3篇，Nanoscale 1 篇，Chemical Engineering Journal 8篇等国际权威期刊,其中ESI高被引论文20篇。授权中国发明专利4项。培养硕、博研究生8名，其中毕业博士生和硕士生各4名。项目组成员参加国内外学术会议16次并做邀请报告。