生物活性是新一代生物醫(yī)用材料的主要發(fā)展趨勢之一，而大多數(shù)人體組織都是軟組織，因此開發(fā)能夠匹配軟組織力學(xué)性能，且具有特定生物活性的軟物質(zhì)是當(dāng)前研究熱點，具有巨大的應(yīng)用前景。合成高分子材料是一種理想的軟物質(zhì)。然而，大多數(shù)合成高分子是生物惰性的，無法與細胞或組織實現(xiàn)有效的生物交互，因此如何賦予高分子生物活性是一個重要的課題。目前，構(gòu)筑生物活性高分子的主要策略是整合生物活性分子，如蛋白質(zhì)、基因。然而，這些生物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對反應(yīng)環(huán)境和加工條件相對敏感且易失活，因而限制了其大量應(yīng)用。
生物彈性體即生物相容且生物可降解的高分子彈性體(Bioelastomer)，是近年來磅礴興起的一類重要的生物材料，在組織工程、體內(nèi)傳感、藥物緩釋具有巨大的應(yīng)用前景。東華大學(xué)纖維材料改性國家重點實驗室游正偉教授團隊長期致力于生物彈性體研究(Adv.Healthc.Mater.2019,DOI: 10.1002/adhm.201900065;Adv.Healthc.Mater.2019,DOI:10.1002/adhm.201801455; Mater.Horiz.2019, 6, 394; ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 20591, Biomaterials 2010, 31, 3129-3138)。近年來致力于通過設(shè)計特定的小分子功能基來賦予彈性體生物活性，希望通過抽象出簡單的化學(xué)本質(zhì)結(jié)構(gòu)來調(diào)控復(fù)雜的生物界面。他們將生物活性小分子——磷酸和乙酰膽堿引入高分子側(cè)鏈，成功制備了具有成骨活性(J. Mater. Chem. B, 2016, 4, 2090)和神經(jīng)活性(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 9590)的高分子，由于是采用小分子，結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，避免了通常生物活性分子在制備和加工過程中的易失活問題。
圖1. PGSM-Mg生物活性雜化軟物質(zhì)的設(shè)計與應(yīng)用
金屬離子廣泛地存在生物體內(nèi)，在參與生命體系中的多種化學(xué)反應(yīng)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生理活動方面起著至關(guān)重要的作用。近年來，越來越多的報道證明金屬離子具有良好的生物活性，被廣泛地用于生物活性無機材料的制備，但是這些材料相對較“硬”，難以與軟組織相匹配。據(jù)此，游正偉教授團隊提出利用金屬離子作為活性因子，在分子層面上將金屬離子和高分子化學(xué)鍵合賦予高分子材料生物活性的新策略。該策略能夠很好地融合金屬離子和高分子各自的特點，方便地構(gòu)筑兼具二者優(yōu)點的新型生物活性軟物質(zhì)。其一，與敏感的生物活性因子如蛋白質(zhì)和基因相比，金屬離子比較穩(wěn)定，可以耐受高溫高壓等惡劣的加工條件，能在通常的情況下方便地存儲，在復(fù)雜的體內(nèi)環(huán)境中能較好保持活性。其二，材料主體是高分子，能夠提供和軟組織相匹配的力學(xué)性能、柔性和易加工性。作為該策略的實施例證。他們以鎂離子（Mg2+）和聚（甘油-癸二酸-馬來酸酯）（PGSM）為模型，制備了新型神經(jīng)活性的雜化材料（PGSM-Mg），其可用作可注射材料，也可方便地制造成彈性多孔三維支架，具有和軟組織匹配的力學(xué)性質(zhì)。
該設(shè)計原理和合成路線具有普適性，可以應(yīng)用于多種多樣的不同生物功能的金屬離子和不同力學(xué)等性能的高分子。該策略將為生物活性軟物質(zhì)的設(shè)計和制備開辟新思路，提供有力的工具，研制出一系列新型生物材料，實現(xiàn)新的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
相關(guān)研究成果以“Molecularly engineered metal-based bioactive soft materials - Neuroactive magnesium ion/polymer hybrids” 為題發(fā)表在國際知名生物材料期刊《Acta Biomaterialia》上。東華大學(xué)博士生孫利杰為該論文的第一作者，游正偉教授為該論文的通訊作者。該項工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金等的大力支持。
