[发明专利]一种中性pH下自组装成水凝胶的多肽材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，更具体地，涉及一种中性pH下自组装成水凝胶的多肽材料及其应用。

背景技术

三维多孔纳米支架能够模仿天然细胞外基质结构，为细胞生长提供支持，广泛应用于生物医学、组织工程学等研究领域。几乎所有的组织细胞在体内都是在三维条件下生长，细胞被包裹在由胶原纤维作为主要成分组成的纳米纤维水凝胶之中，此外，细胞外基质中还含有大量的不溶性基质蛋白和可溶性生长因子。但目前研究中细胞培养技术中所采用的大多都是二维培养，即细胞在培养板或者培养皿上进行培养，这与体内生长环境相差较大，影响细胞生长，甚至会引起细胞基因或者功能变化。如何体外构建具有模仿天然细胞外基质结构和功能的人工支架材料，为细胞提供三维生长环境一直是生物、医学以及材料工程领域基础研究和产品开发的热点。

自组装短肽RADA16-I是4个重复的精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸序列，即（精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸）₄，当其水溶液调节至pH=7时会形成由纳米纤维网络构成的水凝胶，与天然细胞外基质结构很相似，作为组织工程支架、药物载体和止血材料在生物医学工程领域有广泛的应用，是自组装短肽水凝胶材料的典型代表。但是一个显著的缺点是该材料水溶液具有明显的酸性(pH=3～4)，不能与细胞悬液和活性分子直接混合原位成凝胶，即很难实现细胞包埋在RADA 16-I水凝胶中进行三维生长。

目前关于细胞培养的报道仍是采用先制备水凝胶然后在其表面种植细胞的二维培养模式，不能实现真正的三维细胞培养。而将该材料直接注射体内修复损伤和用于止血时较低的pH会对宿主组织造成损害。自1993年首次报道该材料以来，人们对RADA16-I进行了大量的研究，但是对于其酸性的缺点仍不能有效解决。

发明内容

本发明根据目前自组装水凝胶材料中的不足，提供了一种中性pH下自组装成水凝胶的多肽材料。

本发明的另一目的在于提供上述多肽材料的制备方法和应用。

本发明的技术目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种中性pH下自组装成水凝胶的多肽材料，包括在RADA16-I序列上分别连接多个酸性氨基酸和多个碱性氨基酸，以此形成两种带相反电荷的短肽，混合后自组装形成所述水凝胶的多肽材料。

本发明是以低分子量自组装短肽为基础的水凝胶，为细胞三维生长提供空间，用于构建组织工程支架。本材料可在常温中性pH条件下形成纳米纤维水凝胶，模仿了天然细胞外基质结构，具有良好的理化性能和生物相容性，支持细胞三维生长，满足组织工程支架的要求，而且可负载活性分子药物，例如生长因子、短肽药物。可广泛应用于软骨、血管、神经、皮肤等人工器官的再生和损伤的修复。

优选地，所述两种带相反电荷的短肽序列分别为

序列1：（精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸）₄-精氨酸-异亮氨酸-赖氨酸-缬氨酸-丙氨酸-缬氨酸；

序列2：（精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸）₄-谷氨酸-谷氨酸-酪氨酸-异亮氨酸-甘氨酸-丝氨酸-精氨酸。

优选地，所述两种带相反电荷的短肽序列分别为

序列3：（精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸）₄-（赖氨酸）_n；

序列4：（精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸）₄-谷氨酸-谷氨酸-天冬氨酸-天冬氨酸-天冬氨酸；

其中，n为1~10内任意一个自然数。

申请人发现，在（精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸）₄上接枝赖氨酸，并且与序列4进行混合，赖氨酸的接枝数量可以为1~10中任意一个自然数，这样形成的两对短肽混合后均可以实现中性pH下自组装的能力。

优选地，将所述两种带相反电荷的短肽分别配置成5~15mg/mL的水溶液，按照1：1的体积比混合，调节pH至中性，即得所述多肽材料。

本发明采用的技术方案是：在短肽（精氨酸-丙氨酸-天冬氨酸-丙氨酸）₄序列上通过化学共价键连接多个酸性氨基酸为主的序列，例如如天冬氨酸和谷氨酸，或者连接多个碱性氨基酸为主的序列，例如赖氨酸、精氨酸和组氨酸。最终得到在中性pH条件下分别带有净正电荷和净负电荷的两条短肽序列，溶于水后调整其pH至7，两者混合后形成三维纳米多孔水凝胶。该水凝胶保持中性pH值，三维结构稳定。