贺超良陈学思院士快速热可逆和可生物降解的多肽水凝胶

　　【摘要】
　　热可逆水凝胶 是用于生物医学应用的有吸引力的材料，但它们的应用仍然受到不可生物降解性和/或缓慢的温度依赖性凝胶-溶胶转变速率的限制。最近， 中国科学院长春应用化学研究所 贺超良教授 和陈学思院士 团队制备了一系列由聚（乙二醇）（PEG）和聚（γ-（2-（2-乙氧基乙氧基）乙基）-l-谷氨酸盐组成的两亲性二嵌段、三嵌段和四臂星形嵌段共聚物) (P(EEO2LG)) 段，可以在生理温度下快速形成热可逆水凝胶。有趣的是，随着温度从 37°C 降低到 0°C，所获得的水凝胶可以在 10-70 秒内从凝胶转变为溶胶。
　　热敏溶胶-凝胶-溶胶转变明显快于先前报道的热可逆 PEG-聚（l-谷氨酸）衍生物水凝胶，侧基存在细微差异和广泛研究的聚（d，l-丙交酯-共-乙交酯）-b -PEG-b-聚（d，l-丙交酯-共-乙交酯）（PLGA-PEG-PLGA）水凝胶需要40~150分钟的更长的时间。进一步研究了水凝胶性能与聚合物结构之间的关系，并提出了不同共聚物的自组装机制。细胞毒性测定和皮下降解实验表明 PEG/P(EEO2LG) 嵌段共聚物具有生物相容性和生物降解性。因此，多肽水凝胶可作为三维平台，通过调节温度，方便细胞培养和收集。相关论文以题为  Rapidly Thermoreversible and Biodegradable Polypeptide Hydrogels with Sol–Gel–Sol Transition Dependent on Subtle Manipulation of Side Groups  发表在《 Biomacromolecules 》上。
　　【主图导读】
　　示意图 1.  (a) PEG/P(EEO2LG) 水凝胶的温度相关可逆溶胶-凝胶-溶胶转变和 PEG/P(EEO2LG) 水凝胶的主要特征和 (b) 水凝胶形成的自组装机制 总聚合度为12∼16的二嵌段、三嵌段和四臂星形嵌段共聚物。
　　示意图 2 . EEO2LG 单体、EEO2LG NCA 和 PEG/P(EEO2LG) 嵌段共聚物的合成。
　　图 2.  PEG/P(EEO2LG) 嵌段共聚物的相图。
　　图 3.  6 wt% PEG/P(EEO2LG) 嵌段共聚物水溶液的流变评估。
　　图 4.  具有不同 (a) 聚合物形状、嵌段比和分子量的 PEG/P(EEO2LG) 共聚物之间的透射率比较。(b-d) 具有不同 (b) 聚合物形状、(c) 分子量和 (d) 浓度的 PEG/P(EEO2LG) 共聚物的可逆溶胶-凝胶-溶胶转变时间。
　　图 5.  (a) P(EEO2LG)6-PEG2k-P(EEO2LG)6 共聚物在 D2O（3 wt%）中的温度相关 1H NMR 光谱。具有不同 (b) 聚合物形状和 (c) 嵌段比的共聚物的 CD 光谱。具有不同 (d) 聚合物形状和 (e) 嵌段比的共聚物的 FTIR 光谱。
　　图 7.  (a) P(EEO2LG)6-PEG2k-P(EEO2LG)6, (b) P(MEO2LG)7-PEG2k-P(MEO2LG)7 的温度依赖性可逆溶胶-凝胶-溶胶转变图像，（c）PELG6-PEG2k-PELG6 和（d）PLGA-PEG-PLGA 水凝胶，用于单个温度依赖性溶胶-凝胶-溶胶循环。
　　【总结】
　　团队制备了一系列热可逆多肽水凝胶，并研究了其物理性质和在细胞培养中的应用。水凝胶的物理性质，包括相图、机械强度、二级结构、自组装和可逆转变行为，可以通过改变聚合物形状、分子量和嵌段比来控制。经发现约 1:1.5–1:2 的 PEG/P(EEO2LG) 嵌段比改善了凝胶行为，包括更低的 CGC、更宽的 GTR、更高的储能模量和更高的稳定性。此外， 每个片段中 P(EEO2LG) 长度的增加导致更高的α-螺旋含量和更少的β-折叠。每个链段中的 P(EEO2LG) 嵌段长度和 PEG/P(EEO2LG) 嵌段比都会影响聚合物的二级结构和亲水-疏水平衡，因此决定了水凝胶的凝胶化行为和性能。 PEG/P(EEO2LG) 嵌段共聚物水凝胶的温度依赖性溶胶-凝胶-溶胶转变比先前报道的 P(MEO2LG)-PEG-P(MEO2LG)、PELG-PEG 三种类型的热可逆水凝胶快得多-PELG 和 PLGA-PEG-PLGA，清楚地表明多肽片段侧基的细微变化对热可逆溶胶-凝胶-溶胶转变行为的有趣影响。由于制备的 PEG/P(EEO2LG) 水凝胶在温度变化的几秒钟内显示出快速且可逆的溶胶-凝胶-溶胶转变，并且可以在体内完全降解，因此它具有用于 3D 细胞培养支架的潜力。
　　参考文献：
　　doi.org/10.1021/acs.biomac.1c00583
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