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  自Haeshin Lee等人在2007年首次報道海洋貽貝靈感表面化學（mussel-inspired surface chemistry）的多功能聚多巴胺涂層（polydopamine coating）以來，基于鄰苯二酚的“material-independent”化學表面改性策略在生物醫(yī)學、能量儲存和環(huán)境科學等幾乎所有的科學和工程領(lǐng)域都產(chǎn)生了重要的影響。值得一提的是，該表面化學手段在用于生物醫(yī)用材料表面功能化時，通常需借助生物分子的活性基團（如：氨基或巰基）和鄰苯二酚基團的反應(yīng)（如麥克加成或席夫堿反應(yīng)），除了極易造成生物分子的活性降低，還具有表面反應(yīng)不徹底、分子取向隨機以及多分子修飾不可控性等缺點。

圖1. 可生物正交貽貝靈感多肽模擬物的分子結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用于血管支架的表面改性。

  最近，西南交通大學黃楠/楊志祿教授與江蘇大學潘國慶教授、香港理工趙昕教授合作，從海洋貽貝粘附蛋白的分子結(jié)構(gòu)和粘附功能出發(fā)，仿生設(shè)計合成出具有鄰苯二酚側(cè)基和疊氮端基的多肽模擬物，巧妙地將將貽貝足蛋白分子的廣譜粘附機制和生物正交點擊化學（bioorthogonal click chemistry）的特異性分子修飾相結(jié)合，并用于心血管類支架材料的表面改性，以期解決心血管支架材料在長期植入過程中會出現(xiàn)內(nèi)膜增生、再狹窄的一個重要臨床醫(yī)學問題(圖1)。由于貽貝足蛋白的分子粘附機制（共價/非共價協(xié)同作用），這種新型貽貝多肽模擬分子可以通過鄰苯二酚/金屬的配位作用穩(wěn)定結(jié)合在血管支架材料上，從而得到可生物點擊的疊氮化材料表面。相比如傳統(tǒng)聚多巴胺涂層，疊氮化表面可以通過生物正交反應(yīng)特異性結(jié)合偶聯(lián)二芐基環(huán)辛炔(DBCO)修飾的生物活性配體，可避免聚多巴胺表面涂層二次生物修飾過程中生物活性降低、分子取向無序的不足。而且，由于點擊化學的特異性和徹底性，該方法還具備多分子可控共修飾的優(yōu)勢。

圖2. 通過可生物點擊貽貝仿生多肽構(gòu)建的雙功能血管支架具備快速表面內(nèi)皮化并長期抑制內(nèi)膜增生和支架的再狹窄。

  為了證實這種改進的貽貝靈感表面功能化策略在抑制血管支架內(nèi)膜增生和再狹窄方面的優(yōu)勢，作者概念性展示了血管支架表面雙功能涂層的構(gòu)建，即，構(gòu)建出可特異性識別捕獲內(nèi)皮祖細胞(EPC)和可自催化產(chǎn)生一氧化氮(NO)的雙功能涂層(圖1)。論文中，作者借助貽貝仿生多肽的表面粘附機制和生物正交點擊反應(yīng)將不同組分的EPC靶向肽和NO催化劑高效地接枝在血管支架表面上，并通過簡單地調(diào)節(jié)投料比例優(yōu)化雙功能涂層的組分，得到了具有最顯著抗凝血、抑制平滑肌細胞增殖遷移、促進內(nèi)皮祖細胞貼附的支架表面。體內(nèi)研究進一步顯示，通過可生物點擊的貽貝仿生多肽優(yōu)化之后的雙功能血管支架可有效快速地促進血管支架表面的內(nèi)皮化(第1周)。在長期植入情況下(第4-12周)，表面接枝有優(yōu)化雙功能組分的血管支架可以顯著地抑制內(nèi)膜增生和支架的再狹窄(圖2)。這項研究最直接的意義是為心血管植入器械表面多功能仿生設(shè)計提供了理論支撐和指導；如從應(yīng)用的廣泛性來看，該項工作將生物正交化學的特異性分子修飾和貽貝分子粘附的普適性有效結(jié)合，還有望提供一種廣泛適用于多種生物醫(yī)學植入材料生物功能化的表面工程策略。

  相關(guān)研究成果以“Bioclickable and mussel adhesive peptide mimics for engineering vascular stent surfaces”為題發(fā)表在國際著名期刊《美國科學院院刊》(PNAS) (DOI: 10.1073/pnas.2003732117) 上(圖3)。楊志祿教授和趙昕教授為該論文第一作者，黃楠教授和潘國慶教授為該論文的通訊作者；西南交通大學材料先進技術(shù)教育部重點實驗室/材料科學與工程學院為論文的第一通訊單位。該研究工作的發(fā)表得到了國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學基金面上項目、四川省自然科學基金、江蘇省雙創(chuàng)團隊及江蘇省六大人才高峰等項目的資助。

圖3. PNAS官方網(wǎng)站online的相關(guān)論文信息。

  論文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/06/25/2003732117 

楊志祿研究員簡介：

  西南交通大學，研究員，博士生導師，四川省杰出青年基金獲得者，四川省學術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選，西南交通大學“揚華學者”。目前，擔任KeAi旗下國際期刊Smart Materials in Medicine主編、Engineered Regeneration編委、Bioactive Materials及Medical Gas Research客座主編。主要研究方向聚焦冠脈血管動脈粥樣硬化斑塊的病理發(fā)生機制、以及針對性用于冠脈/外周血管疾病治療的納米靶向藥物、藥物球囊及具有病灶治愈和血管組織修復功能的血管支架研究；以第一/通訊作者在PNAS，Research，Chemistry of Materials，Biomaterials等國際知名期刊共發(fā)表SCI論文40余篇。國際/國內(nèi)會議大會報告、邀請報告10余次。獲得授權(quán)發(fā)明專利14項（包括美國發(fā)明專利1項），其中發(fā)展的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“具有病灶治愈和血管組織修復功能的可降解支架涂層”技術(shù)已成功實現(xiàn)轉(zhuǎn)讓（轉(zhuǎn)讓費：1500萬）。

  課題組主頁：https://faculty.swjtu.edu.cn/yangzhilu/zh_CN/index.htm 

趙昕教授簡介：

  香港理工大學，生物醫(yī)學工程系，助理教授。2006年于英國帝國理工學院獲碩士學位，2010年于英國倫敦大學學院獲博士學位，隨后在美國哈佛大學從事博士后研究工作。趙昕教授長期致力于工程學、生物學、醫(yī)學等多學科交叉領(lǐng)域中的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究工作，已形成獨具特色的研究體系。主要研究興趣包括生物活性材料，靶向藥物遞送，微流控分析芯片，靜電紡絲技術(shù)等。其已發(fā)表大量一流研究成果：在國際知名期刊（如PNAS, Chemical Reviews, Materials Today, Advanced Functional Materials, Angewandte Chemie International Edition, Biomaterials, Small, Theranostics）上發(fā)表論文80余篇。其研究結(jié)果多次作為科研亮點被Wiley公司旗下Materials Views及X-MOL化學平臺等科技媒體報道。同時，趙昕教授積極參與國際學術(shù)交流，已在國際學術(shù)會議做特邀或口頭報告20余次；且受邀編輯英文專著一本、撰寫英文專著章節(jié)5章；擔任國際知名期刊如Drug Discov Today、Molecules、Polymers的特邀編輯和 PNAS、ACS Nano、Advanced Functional Materials、Small等雜志的審稿人。

  課題組網(wǎng)頁：http://www.zhaobiomaterialsgroup.com/ 

黃楠教授簡介：

  西南交通大學，教授，博士生導師，國家百千萬人才，國務(wù)院政府津貼獲得者。中國最早開展心血管生物材料研究的學者之一，我國心血管生物材料領(lǐng)域戰(zhàn)略發(fā)展計劃的規(guī)劃者之一。國際生物材料科學與工程聯(lián)合會Fellow，生物材料表面與界面國際會議國際委員會主席。先后主持承擔“973”、“863”項目、國家自然科學基金重點項目及面上項目等3000余萬元，發(fā)展出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列心血管材料表面改性的先進技術(shù)和心血管植入介入器械的關(guān)鍵技術(shù)，所研究的具有我國自有知識產(chǎn)權(quán)的血管支架臨床應(yīng)用被證實優(yōu)于國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品（目前臨床應(yīng)用已超過20萬例）。申請及獲得專利80余項。獲得省部級科技進步獎3項，發(fā)表SCI收錄論文近300篇，被他人引用超1萬余次。國際會議大會報告、邀請報告40余次。

  課題組主頁：https://faculty.swjtu.edu.cn/huangnan/zh_CN/index.htm 

潘國慶教授簡介：

  江蘇大學特聘教授、研究員，歐盟“瑪麗?居里”學者。研究方向集中于高分子合成與生物材料仿生設(shè)計，具體涉及智能生物表界面、分子識別材料、生物醫(yī)用高分子以及組織工程等。迄今以第一/通訊作者在Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、PNAS、 Research、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Funct. Mater.、Biomaterials、Small 等材料化學和生物材料領(lǐng)域頂級期刊上發(fā)表SCI收錄論文40余篇；申請國家發(fā)明專利10項，已授權(quán)6項，美國專利授權(quán)1項。曾擔任SCI期刊 Frontiers in Chemistry客座副主編，現(xiàn)擔任KeAi旗下國際期刊Smart Materials in Medicine副主編和Engineered Regeneration編委。2015年，同時獲得歐盟“Horizon-2020”科研規(guī)劃之“瑪麗·斯克沃多夫斯卡-居里”行動計劃以及德國洪堡基金會的資助。2019年擔任中國生物材料表界面工程分會委員。

  課題組主頁：http://faculty.ujs.edu.cn/panguoqing/zh_CN/