DOI: 10.1002/adhm.202001832
本文報道了一種通過結合合成生物學和材料化學來制備可調多功能生物材料的新途徑。基因編碼的兒茶酚部分在具有定義面和次級反應性功能化學的納米纖維墊中進化，這促進了蛋白質的自組裝和濕粘附特性。兒茶酚部分被進一步用于硼酸的控制釋放，其提供了有利的細胞微環境以促進傷口愈合。納米纖維墊中3,4-二羥基苯丙氨酸的存在可以刺激細胞增殖、遷移和血管形成，從而加速傷口愈合。電子順磁共振、NMR、FTIR和圓二色性光譜證實了結構完整性、抗氧化性和硼酸的受控釋放。熒光和掃描電子顯微鏡揭示了納米纖維墊的3D結構，有利于成纖維細胞生長、內皮細胞附著和管形成，這是傷口愈合材料的理想特性。在小鼠傷口愈合模型中進行的動物研究表明，多功能生物材料顯著改善了再上皮化并加速了傷口閉合。
圖1.A）GFP和GFPDOPA（20μm）的EPR光譜分析，次黃嘌呤/黃嘌呤氧化酶體系在pH7.4的50mM磷酸鹽緩沖液、0.5mM DTPA和50mM DEPMPO中產生了超氧化物（O2?-）自由基。B）用PVA，GFP納米纖維（8:1）（1，5），GFPDOPA納米纖維（8:1）（2，6），GFP納米纖維（8:2）（3，7）和GFPDOPA納米纖維（8:2）（4，8）增強的蛋白質納米纖維的熒光顯微鏡和SEM圖像。C）PVA、GFP和GFPDOPA的ATR-FTIR光譜（1000-4000cm-1）。D）測量涂覆在聚苯乙烯（1，4），聚丙烯（2，5）和石英板（3，6）上的GFP（1-3）和GFPDOPA（4-6）的接觸角。
圖2.A）PVA、GFP和GFPDOPA納米纖維墊的DPPH清除效率。B）相對的細胞內ROS熒光強度，由三個獨立實驗計算得出（n=3）。所有數據均表示為平均值±SD。與對照組、PVA和GFPDOPA相比具有統計學顯著性（n=3，*p<0.05；**p<0.01；***p<0.001）。在PVA、GFP和GFPDOPA納米纖維墊上48h時細胞增殖的熒光顯微圖像。C）EA.hy926和D）3T3-NIH內皮細胞在不同時間點的增殖。E）在PVA、GFP和GFPDOPA納米纖維墊上生長48小時的成纖維細胞（NIH-3T3）的SEM圖像。
圖3.A）GFPDOPA納米纖維墊處理后，內皮細胞的細胞增殖標志物的相對基因表達分析。B）在不同時間點EA.hy926內皮細胞的體外傷口愈合測定。C）PVA、GFP和GFPDOPA增強墊上內皮細胞的相對劃痕間隙百分比。所有數據均表示為平均值±SD，與對照組、PVA和GFPDOPA相比具有統計學顯著性（n=3，*p<0.05；**p<0.01；***p<0.001）。
圖4.A）EA.hy926內皮細胞系在不同時期的血管生成量。用PVA、GFP和GFPDOPA納米纖維墊處理的EA.hy926內皮細胞系。B）GFPDOPA管形成的節點、管和接頭的定量圖像。C）用PVA和GFP以及GFPDOPA納米纖維墊處理的Wistar大鼠主動脈環細胞第9天的血管新生（5×圖像）。陰性對照：僅DMEM（1），陽性對照：VEGF（2）和明膠（3），測試：PVA（4），GFP（5），GFPDOPA（6），納米纖維墊。D）用PVA、GFP和GFPDOPA納米纖維墊處理的內皮細胞系（EA.hy926）的相對血管生成基因表達譜。所有數據均表示為平均值±SD，與對照組、PVA和GFPDOPA相比具有統計學顯著性（n=3，*p<0.05；**p<0.01；***p<0.001）。E）GFPDOPA和F）GFPDPBA的MALDI-TOF分析。G）11B-NMR光譜表明GFPDOPA和硼酸在中性pH值之間存在共軛。H）PVA、GFP、GFPDOPA和GFPDPBA在不同pH（6、6.5和7.4）下的抗菌作用。I）對PVA、GFP、GFPDOPA和GFPDPBA納米纖維墊的抗血性能分析。
圖5.用紗布（對照）、PVA、GFP、GFPDOPA和GFPDOPA-硼酸納米纖維墊處理的全層切除傷口在不同時間點（n=6）的閉合率。
圖6.A）用不同納米纖維材料包扎傷口后第5、10、15和20天的傷口閉合百分比，與對照相比，GFPDOPABA具有統計學顯著性。所有數據均以平均值±SD表示（n=6，*p<0.05，**p<0.01和***p<0.001）。
圖7.A，C）用紗布、PVA、GFP、GFPDOPA和GFPDPBA處理的大鼠皮膚組織（n=6）的蘇木精-伊紅染色。B，D）（用紗布、PVA、GFP、GFPDOPA和GFPDPBA納米纖維墊處理的皮膚組織）的Masson三色染色（藍色表示膠原蛋白的分布）。E）使用細胞角蛋白AE1/AE3免疫染色來鑒定第20天的完整再上皮化（深棕色表示完全再上皮化）。GT-肉芽組織；SGT-少肉芽組織；MGT-輕度肉芽組織；D-真皮；E-表皮；BV-血管；HF-毛囊。
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