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Biomacromolecules封面 | 内皮细胞启发的血液相容性硅橡胶表面：巧妙调和抗污性能与内皮细胞选择性的艺术

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2024-11-18 08:09

正文

英文原题： Endothelium-Inspired Hemocompatible Silicone Surfaces: An Elegant Balance Between Antifouling Properties and Endothelial Cell Selectivity

通讯作者： 刘小莉、陈红（苏州大学）

作者： Qiulian Wu（吴秋联）, Shuaihang Guo（郭帅杭）, Xinyi Liang（梁馨怡）, Wei Sun（孙薇）, Jiao Lei（雷姣）, Lisha Pan（潘丽沙）

血液接触材料的植入常常伴随着血栓形成和内膜增生等不良反应。设计血液接触材料时，必须充分考虑人体血液与材料表面之间复杂的生化反应。天然血管内皮被认为是最理想的抗血栓表面，其中内皮细胞构成了覆盖血管壁内表面的保护膜。内皮细胞在多种生理过程中发挥着关键作用，包括凝血、抑制平滑肌细胞过度增殖以及抗血小板粘附/激活等。模仿内皮细胞的关键特征是开发血液相容性材料的有效手段，但目前人工合成的多功能材料表面仍难以与天然的内皮层媲美。在构建仿内皮表面时，研究人员通常选用抗污组分来抵御非特异性蛋白质吸附，然后引入生物活性分子来提高内皮细胞亲和性。然而，这种策略不可避免地会削弱抗污成分抵抗蛋白质吸附和血小板粘附的能力，引入的生物活性分子也会受其他功能组分的影响，从而导致内皮细胞选择性降低。因此，将这些多样的功能融合到一个材料表面，并达到一个理想的平衡状态，无疑是一项极具挑战性的任务。如图1所示，本研究从内皮细胞的多功能性中汲取灵感，通过表面接枝共聚合的方法，巧妙平衡了抗污特性与内皮细胞选择性之间的矛盾，为血液相容性材料的设计提供了新思路。

图1. 仿内皮多功能材料表面：结合抗污组分、糖胺聚糖类似物和NO释放功能，在抵抗蛋白质吸附、血小板和平滑肌细胞粘附的同时，有效促进内皮细胞粘附、增殖和迁移

本文通过可见光引发聚合技术，将抗污组分单体甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯（OEGMA）与糖胺聚糖类似物单体4-苯乙烯磺酸钠（SS）共聚接枝在聚二甲基硅氧烷硅橡胶表面，随后在这一共聚接枝改性的表面通过共价结合的方式固定NO催化剂硒代胱胺（SeCA）。通过改变共聚单体比例（SS:OEGMA的比值分别为1、3和10），开发了一系列兼具抗污性能、糖胺聚糖类似物功能和NO生成能力的内皮仿生硅橡胶材料表面（ S _x O _y -Se，x = 1, 3, 10; y = 1）（图2）。

图2. 内皮仿生硅橡胶材料表面的制备示意图

通过巧妙选择共聚单体（抗污组分单体OEGMA和糖胺聚糖类似物单体SS），并精确调控共聚接枝改性过程中两单体的投料比例，材料表面的抗污性能和内皮细胞选择性两者达到了有效平衡。其中， S ₁₀ O ₁ -Se表面的抗污性能最佳（血小板粘附数量降低~90%，平滑肌细胞壁粘附数量降低~93%）。值得一提的是，该表面的抗污性能并未降低其对内皮细胞的选择性，内皮细胞（HUVECs）和平滑肌细胞（HUVSMCs）共培养实验数据显示， S ₁₀ O ₁ -Se表面HUVECs/HUVSMCs的比值达到了最佳（~1.7）（图3）。

图3. 内皮仿生多功能材料表面的抗污性能和血管细胞选择性

总结/展望

在这项工作中，作者通过模拟健康内皮细胞层的抗污特性、糖胺聚糖类似物功能和NO生成能力，构建了仿内皮多功能硅橡胶材料表面。通过合理调控抗污单体OEGMA和糖胺聚糖类似物单体SS的投料比，该多功能表面在抵抗非特异性蛋白质吸附、血小板粘附和活化以及平滑肌细胞粘附、增殖和迁移的同时，能够有效促进内皮细胞粘附、增殖和迁移，从而巧妙地实现了抗污性能和内皮细胞选择性间的有效平衡。未来的工作将对该内皮细胞仿生多功能硅橡胶材料的体内植入效果进行评价。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Endothelium-Inspired Hemocompatible Silicone Surfaces: An Elegant Balance between Antifouling Properties and Endothelial Cell Selectivity

Qiulian Wu, Shuaihang Guo, Xinyi Liang, Wei Sun, Jiao Lei, Lisha Pan, Xiaoli Liu*, Hong Chen*

Biomacromolecules , 2024 , 25 , 11, 7202–7215

https://doi.org/10.1021/acs.biomac.4c00890

Published August 27, 2024

Biomacromolecules封面 | 内皮细胞启发的血液相容性硅橡胶表面：巧妙调和抗污性能与内皮细胞选择性的艺术

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