[發明專利]一種改善絲素蛋白生物礦化能力的方法

有效

• 申請號: 201910596401.0
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110305202B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 楊明英;帥亞俊;段博;王捷
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C07K14/435
• 分類號: C07K14/435;C07K1/00;C12P21/00;C12R1/91
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種改善絲素蛋白生物礦化能力的方法。利用噬菌體展示技術將礦化調控功能的多肽展示在噬菌體的衣殼蛋白表面，制備出展示有誘導礦化功能的噬菌體納米纖維，形成礦化型噬菌體溶液；擴增、純化、濃縮礦化型噬菌體溶液；將礦化型噬菌體溶液加入到絲素蛋白溶液中進行組裝，即得改性后的絲素蛋白。本發明獲得的改性后的絲素蛋白比未改善的絲素蛋白具有更優異的調控礦化物成核與生長的能力，改性方法操作簡單有效，改性工藝高效，生產周期大為縮短，可大規模獲取的優勢。

技術領域

本發明涉及了一種生物材料的加工方法，具體是涉及了一種改善絲素蛋白生物礦化能力的方法。

背景技術

骨是動物體中最堅硬的一種結締組織，主要由無機礦物羥基磷灰石(HA)晶體和有機物I型膠原纖維等在生物體內通過礦化過程生成的硬組織。生物礦化是一種普遍的生命現象，在生物體內礦化過程中，骨橋蛋白、骨鈣素、牙本質基質蛋白等礦化調控蛋白對HA晶體的晶體取向、尺寸及形貌起著重要的調控作用。

骨缺損及骨損傷是常見的疾病，每年患者多達數千萬人，對患者的正常生命活動和身心健康構成嚴重威脅。骨組織的損傷修復是臨床醫學難題之一，其局限性在于體內骨組織為高度分化的組織，相關骨細胞再生能力很弱，普通手術治療不能滿足功能修復的需要。

羥基磷灰石具有良好的生物相容性，是構成人體骨骼和牙齒的主要無機成分。因此，模擬自然界的生物礦化過程，以天然高分子材料為模板，誘導羥基磷灰石的成核與生長，能夠制備出與骨組織成分相近的支架材料，可用于體內缺損骨組織的修復。家蠶絲素蛋白、野蠶絲素蛋白(柞蠶絲和天蠶絲等)等絲纖維蛋白是絲蛋白中產量最豐富的一種蛋白，屬于天然高分子材料，具有很強的機械強度，作為絲綢原料的使用已經有五千年的歷史。此外，絲素蛋白還具有良好的生物相容性和可降解性，其降解產物對細胞或者機體無毒副作用，也很少產生嚴重的免疫排斥或者炎癥反應。由于上述的優點，越來越多的研究將絲素蛋白用于科學研究和臨床應用。然而與含有較多酸性氨基酸的絲膠蛋白相比，絲素蛋白中酸性氨基酸占比少，研究上普遍認為絲素蛋白的生物礦化功能很弱，限制了其在生物礦化領域的應用。有研究發現：只有絲素蛋白肽鏈的非結晶區序列能在礦化液中能誘導磷灰石晶體的生長，并且需要較長的礦化時間(7天)；而絲素蛋白肽鏈的的結晶區由于含有較多的非極性氨基酸，對鹽離子的吸附或螯合能力較低，所以在礦化液中誘導生成羥基磷灰石的能力很弱，因此綜合表現為絲素蛋白誘導羥基磷灰石的能力很弱，即使能夠誘導羥基磷灰石的生成，也需要很長的礦化時間和苛刻的仿生礦化步驟。這一缺陷限制了絲素生物材料綜合性能的發揮以及在骨組織工程中的應用。

綜上所述，目前還沒有一種工序簡單，操作容易，生物安全高的方法能夠促進絲素蛋白的仿生礦化能力。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足，利用噬菌體展示技術在噬菌體衣殼蛋白表面展示礦化調控肽。由于噬菌體衣殼蛋白與絲素蛋白有天然的相似性，根據相似相容原理，噬菌體與絲素蛋白能夠均勻混合。再通過仿生礦化技術，以絲素蛋白/噬菌體為生長模板，誘導羥基磷灰石在其表面快速成核與生長，從而發明出一種顯著改善絲素蛋白生物礦化功能的新型改性方法。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是如下：

(1)利用噬菌體展示技術將礦化調控功能的核心肽展示在噬菌體的衣殼蛋白表面，制備出展示有誘導礦化功能的噬菌體納米纖維，形成礦化型噬菌體溶液，稱為礦化型噬菌體；

(2)擴增、純化、濃縮礦化型噬菌體溶液；

(3)將礦化型噬菌體溶液加入到絲素蛋白溶液中進行組裝，即得改善后的絲素蛋白；

作為進一步地改進，本發明所述步驟(1)中，所述的礦化調控功能的多肽序列來源于人體、動物或者微生物中具有生物礦化功能的蛋白片段。

作為進一步地改進，本發明所述步驟(3)中絲素蛋白種類是家蠶絲素蛋白、野蠶絲素蛋白。