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[材料资讯] 张洪杰/刘凯Angew:高性能蛋白有机凝胶纤维实现对干细胞的有序诱导和分化

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发表于 2020-9-2 15:16:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
凝胶体系由于具备动态网络,结构灵活性以及可编程的功能性,近年来受到越来越多的关注,特别是引入外界声光电等调控元件使其在可穿戴器件、增材制造、界面粘合以及生物医药等领域获得了显著的进展。然而,其固有的弱力学性能严重限制了该类材料在细胞力学和组织工程方面的应用。除此之外,如何长期保存凝胶材料并维持其性能稳定性依然是一个严峻的挑战。因此,设计制备出新一代软物质材料,兼具优异且持久稳定的力学性能以实现在组织工程领域的应用具有重要的意义。
       基于此,清华大学化学系张洪杰/刘凯团队受生物体蛋白纤维长程有序结构的启发,通过合成生物学策略,借助有机溶剂分子的诱导,制备了高力学性能蛋白有机胶纤维,并首次实现了该类新型有机胶纤维对骨间充质干细胞的有序诱导和分化。

有机凝胶纤维

有机凝胶纤维
图示:高力学特性的蛋白有机凝胶纤维制备及干细胞有序诱导分化
       研究人员采用合成生物学以及蛋白质工程等手段制备了具有不同电荷特性的力学功能蛋白。通过与脂质体的多重超分子作用调控蛋白的亲疏水特性,以及在有机溶剂作用下的溶胀,实现了该类蛋白复合物的在有机相条件下的拉丝成型,进而成功制备了工程化蛋白有机胶纤维材料。力学测试表明了该类蛋白有机胶纤维的高力学性能,而且拉伸强度、模量和韧性与目前报道的凝胶体系相比具有显著性提高。利用一系列结构表征技术,研究人员系统研究了该类有机胶纤维的内部分子排列和结构,并且揭示了其各向异性以及长程有序结构对力学性能调控的重要性。而且通过在不同时间的研究测试发现,有机溶剂对该类蛋白复合物具有良溶剂的诱导作用,较长时间内可以稳定纤维的内部结构和力学性能。进一步地,借助该类生物有机胶纤维体系的优异的力学特性,进行了对骨间充质干细胞的力学诱导研究。通过共培养技术,实现了成骨干细胞在有机胶纤维表面的有序生长和分化。因此,该项研究对发展新型纤维材料在细胞力学领域应用具有重要意义,而且利用该类蛋白有机凝胶长期力学稳定性对发展其在新一代可穿戴、可植入智能织物构建方面有一定的应用前景。
       论文信息:Anisotropic protein organofibers encoded with extraordinary mechanical behaviors for cellular mechanobiology applications,       https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202009569


      文章来源:清华大学
      刘凯,清华大学长聘副教授。2007年本科毕业于聊城大学化学化工学院,2010年在中科院长春应化所稀土资源利用国家重点实验获得硕士学位,2010年‐2014年在荷兰格罗宁根大学Zernike(诺贝尔物理学奖获得者)先进材料研究所攻读博士学位,其后继续在该研究所从事博士后研究工作。目前主要从事生物材料(核酸、多肽及蛋白复合物)的光、电、磁、力学等功能化研究,在生物液晶、生物光电子器件、生物力学及生物仿生等领域开展了多项工作。迄今共发表SCI研究论文47篇,其中以第一作者已在Nat. Commun. ,PNAS,JACS,Adv. Mater.,Chem. Eur. J., J. Mater. Chem.等期刊发表16篇。文章总他引1400余次,H‐index24,多篇论文被选为热点文章,以及封面,卷首插图等予以亮点报道。曾获得荷兰优秀博士论文并授予cum laude 荣誉、国家优秀自费留学生奖、德国朗盛人才奖等。
      张洪杰,任中国科学院长春应用化学研究所学术委员会主任,中国稀土行业协会理事长,基金委重大项目负责人。1997年获国家杰出青年基金,1998年获香港求是基金会杰出青年学者奖,2001年入选中科院百人计划,2009年入选国家基金委创新群体学术带头人。2013年担任973项目首席科学家。2013年当选中科院院士,2015年当选发展中科学院院士。发表SCI收录论文500多篇,Google Scholar 他引35000多次;主办国内外学术会议60多次,国内外大会和邀请报告100多次;10种国内外权威期刊的主编、副主编、编委或顾问编委;已授权发明专利72项;以第一完成人获2010年国家自然科学二等奖、2015年中科院杰出科技成就奖、2015年吉林科学技术特殊贡献奖、2013年吉林省技术发明一等奖、2012吉林省政府创新创业人才奖、2007年吉林省科技进步一等奖。

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