超分子大牛，西北大学四院院士Stupp再发Science！

利用超分子运动增强支架生物活性，促进脊髓损伤恢复
细胞的药理学信号通常是通过小有机分子与蛋白质的强结合来激活或抑制特定的反应。一种新兴的信号策略是利用纳米结构靶向特定细胞，在细胞外空间提供治疗药物或作为生物活性支架的材料。超分子聚合物是由单体之间的非共价缔合形成的，由于信号密度易于调节，能够在结构上模拟天然ECM原纤维的高持久性长度，并且在发挥功能后能够快速生物降解，因此在再生信号传递方面具有潜在优势。

近期，美国西北大学S. I. Stupp等报道了一种纳米级纤维的超分子支架，它整合了两种不同的正交生物信号——层粘连蛋白信号“IKVAV”（可促进神经干细胞向神经元的分化延伸轴突）和成纤维细胞生长因子2“FGF-2”（模拟肽YRSKYSWYVALKR，激活受体FGFR1，促进细胞增殖和存活）。这两个信号被放置在两个不同的带有烷基尾的肽的末端在水介质中非共价共聚形成超分子纤维，将其用在严重脊髓损伤的小鼠模型可以显著改变细胞在体外的生物反应以及小鼠体内脊髓损伤的功能恢复。相关工作近期以题为“Bioactive scaffolds with enhanced supramolecular motion promote recovery from spinal cord injury”发表在了《Science》上，提示了我们可以通过调整分子的内部运动来优化分子集合的细胞信号传导。

为了研究具有不同物理特性的纳米纤维型超分子聚合物，研究人员合成了一个不同IKVAV 肽两亲物（PAs）库，库中控制物理特性的肽域具有不同的氨基酸序列，以此命名为PA1 到PA8。

IKVAV-PA分子研究文库
低温透射电子显微镜（Cryo TEM）显示，所有IKVAV PAs在水中超分子聚合后形成纳米纤维。为了探索IKVAV PAs之间的动力学差异，在PA纳米纤维内封装1,6-二苯基-1,3,5-己三烯（DPH）来进行荧光去极化（FD）测量，PA2和PA5具有最低的各向异性值形成了最强的超分子运动组装体，其次是PA4和其它PA。为了确定IKVAV PAs的生物活性，研究人员用不同IKVAV Pas对人神经祖细胞（HNPC）进行处理。研究结果表明PA2和PA5诱导的下游效应物整合素连接激酶（ILK）和磷酸粘着斑激酶（p-FAK）的浓度显著高于其余PA，当通过向培养基中添加Ca2+降低超分子运动时，下游效应物也降低，这些结果表明聚合物分子动力学和体外生物活性之间的强正相关。

超分子运动对hNPCs信号转导的影响
研究人员进一步在小鼠体内测试了双信号纤维增强脊髓损伤后功能恢复的能力，采用具有类似机械性能的可混溶凝胶形成的二元系统FGF2 PA1或FGF2 PA2进行体内实验，具有两种生物活性信号的超分子复合物之间可以极大地增强损伤后的神经再生。

两种PA在体内实验时皮质脊髓轴突的生长差异
在探讨两种双信号复合物对损伤部位血管生成的影响时，在使用PA支架治疗的组中，腹侧组织结构得到了高度保存，显示了功能性血管网络的维护。与注射IKVAV PA2+ FGF2 PA2和单独注射IKVAV PA2的小鼠相比，使用最具生物活性的共组装治疗组的小鼠显示出显著的功能恢复，这些数据表明，在双信号系统中观察到的神经元细胞存活和功能恢复与各自的非生物活性四肽的化学成分的差异有关。

不同化学性质PA支架在神经元存活和功能恢复上差异在
在上述结果的基础上，研究人员接下来利用人脐静脉血管内皮细胞（HUVECs）在体外研究了FGF2信号的生物活性。如前所述，天然FGF-2增强内皮细胞增殖和网络形成，实验发现在最具生物活性的共组装或FGF2蛋白上培养HUVEC的48小时内，存在广泛血管样毛细血管网络的形成。通过进一步在计算机模拟和实验数据表明，在组件内部或垂直方向外部进行纳米级的平移以到达受体位点可能会增强生物活性，即高度灵活且物理塑料的超分子支架可能更有效地向经历快速形状波动的细胞膜中的受体发出信号。恢复原因的另一种假设可能是分子动力学支架与ECM的蛋白质环境的更有利的相互作用。在超分子运动和生物活性之间的相关发现的背景下，提示我们动力学结构设计有助于优化治疗性超分子聚合物的生物活性，可以通过调整分子的内部运动来优化分子集合的细胞信号传导。

不同超分子运动的两种PA支架在体外的细胞信号差异
作者简介：

Samuel Stupp 教授，他是美国国家工程院院士（2012）、西班牙皇家工程院院士 (2015)、美国国家发明家学院院士（2018 年）、美国国家科学院院士（2020）、英国皇家化学学会会士 (2016)。他致力于化学与材料、生物、医学和能源等多学科的融合，从事有机自组装材料的研究。他的代表性研究成果之一是两亲性肽（peptide amphiphiles）在水中自组装形成的高长径比纳米纤维，及其在材料科学和生命科学中的广泛应用。他在超分子化学、纳米技术、生物医用材料和有机电子材料等领域都做出了引领性的杰出贡献。

来源：高分子科学前沿

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！

---