細(xì)胞外基質(zhì)衍生的基質(zhì)膠含有多種生長因子。并且它具有支持細(xì)胞增殖、遷移和分化的ECM特性，因此廣泛應(yīng)用于體外細(xì)胞培養(yǎng)。但此類基質(zhì)膠成分未知，穩(wěn)定性較差，物理性質(zhì)缺乏可控。因此，開發(fā)一種兼具ECM功能和合理設(shè)計(jì)的可控生物材料顯得尤為重要。

格拉斯哥大學(xué) Manuel Salmeron-Sanchez 教授的團(tuán)隊(duì)在《生物材料》雜志上發(fā)表了一篇文章“采用全長纖連蛋白設(shè)計(jì)的 3D 水凝膠，可隔離并呈現(xiàn)生長因子"。研究人員利用聚乙二醇共價(jià)結(jié)合全長的纖連蛋白，制備了一種可以富集和控制生長因子的PEG-纖連蛋白水凝膠。并證明水凝膠可以結(jié)合血管內(nèi)生長因子（VEGF）和骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP2）促進(jìn)血管生成，實(shí)現(xiàn)骨再生。

FNPEG水凝膠的制備及表征

FN 通過邁克爾型加成反應(yīng)與 PEG 網(wǎng)絡(luò)共價(jià)結(jié)合，形成 FN 標(biāo)記的 FNPEG 水凝膠。 FN免疫熒光染色和釋放檢測(cè)結(jié)果表明，F(xiàn)N均勻分布在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)合穩(wěn)定。 PEG可以控制FNPEG水凝膠系統(tǒng)的物理和化學(xué)性質(zhì)。隨著體系中PEG含量的增加，F(xiàn)NPEG水凝膠的溶脹性能和楊氏模量也顯著提高。此外，添加0.5VPM可降解交聯(lián)劑將增強(qiáng)水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度。

FNPEG水凝膠可穩(wěn)定結(jié)合生長因子

FN可以隨機(jī)與生長因子結(jié)合，例如通過FNIII12-14與VEGF結(jié)合。因此，與PEG相比，F(xiàn)NPEG水凝膠可以有效共聚大量生長因子。研究人員使用熒光標(biāo)記的 VEGF 來追蹤其隨時(shí)間的釋放。將熒光標(biāo)記的 VEGF 混合到 PEG 和 FNPEG 水凝膠中進(jìn)行釋放實(shí)驗(yàn)。 24小時(shí)后，PEG釋放了所有VEGF，而FNPEG水凝膠保留了50%的VEGF。同時(shí)，將PEG和FNPEG水凝膠置于相同濃度的熒光標(biāo)記VEGF中，測(cè)試其結(jié)合VEGF的能力。

結(jié)果表明，每毫升 FNPEG 水凝膠比 PEG 多結(jié)合 2μg VEGF。此外，可降解交聯(lián)劑VPM的存在不會(huì)影響水凝膠與VEGF的穩(wěn)定結(jié)合，表明FNPEG水凝膠可以通過其自身的降解特性來控制生長因子的釋放。

FNPEG水凝膠可促進(jìn)微血管網(wǎng)絡(luò)的形成

PEG和FNPEG水凝膠中HUVEC的存活率沒有顯著差異。研究人員將接種了HUVEC的微載體封裝到FNPEG水凝膠和Matrigel中，并在培養(yǎng)基中添加VEGF，以研究FNPEG水凝膠在3D培養(yǎng)過程中促進(jìn)管出芽的作用。在含有VEGF的FNPEG水凝膠中，出現(xiàn)了大量與Matrigel類似的血管出芽現(xiàn)象，并且連接的血管芽的面積比Matrigel更多。

研究人員進(jìn)一步將HUVEC和VEGF直接封裝到FNPEG水凝膠中，研究FNPEG水凝膠是否能像Matrigel一樣促進(jìn)三維交換中的血管形成。第1天和第2天，F(xiàn)NPEG水凝膠形成比Matrigel組和含有VEGF的PEG組更寬的血管簇。然而，從第3天開始，F(xiàn)NPEG水凝膠中的血管簇開始分解，表明這些細(xì)胞復(fù)合物不穩(wěn)定。需要周細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和其他類型的細(xì)胞來穩(wěn)定新形成的毛細(xì)血管。

研究人員使用更復(fù)雜的雞胚尿囊膜來測(cè)試FNPEG水凝膠是否可以促進(jìn)毛細(xì)血管的形成。添加和未添加 VEGF 的 FNPEG 水凝膠雞胚尿囊膜上毛細(xì)血管的分叉和連接數(shù)量均顯著高于對(duì)照組，表明 FNPEG 水凝膠不僅具有持久持續(xù)釋放 VEGF 的能力，雞胚尿囊膜在發(fā)育過程中產(chǎn)生的尿囊膜也可保留在原位，促進(jìn)毛細(xì)血管生成。然而，有或沒有VEGF的PEG水凝膠實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組之間沒有顯著差異。進(jìn)一步證實(shí)VEGF在最初的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)從PEG中快速釋放，導(dǎo)致VEGF從局部區(qū)域相對(duì)快速地消失。

負(fù)載 BMP2 的 FNPEG 水凝膠促進(jìn)骨骼生長

研究人員利用成年小鼠構(gòu)建了骨不連（臨界尺寸）半徑缺損模型，并證明負(fù)載BMP2的FNPEG水凝膠可以促進(jìn)體內(nèi)骨骼生長和修復(fù)。各組件水凝膠管狀支架的骨缺損修復(fù)結(jié)果顯示，隨著BMP2的增加，骨生長從FNPEG-到FNPEG+再到FNPEG++增加，F(xiàn)NPEG++組實(shí)現(xiàn)骨缺損閉合。番紅-O固綠和蘇木精組織切片染色結(jié)果顯示，F(xiàn)NPEG+和FNPEG++ Hydro植入處有大量膠原沉積。