深圳国际研究生院弥胜利、孙伟团队在基于类弹性蛋白多肽智能聚合物水凝胶设计及应用方面取得进展

近年来，生物启发的可调控、多功能生物材料得到了迅速发展，各类生物聚合物，包括多肽/蛋白质以及多糖类材料在生物粘合剂、传感器以及药物传递系统中得到了广泛应用。类弹性蛋白多肽(Elastin-like polypeptides，ELPs)就是依据天然弹性蛋白氨基酸序列设计合成的具有弹性蛋白特征的人工多肽，其氨基酸序列主要由五肽(Val-Pro-Gly-Xaa-Gly, VPGXG)重复单元串联而成。化学法合成高分子量的ELPs较为困难，且大规模生产难以实现。基因重组合成法应用较多，且可在基因水平上精确控制其分子量、氨基酸序列、拓扑结构，从而能够精准控制ELPs的生物功能，具有可大规模生产、成本低、产量高、易于纯化等诸多优点。

近期，清华大学深圳国际研究生院弥胜利教授、孙伟教授团队设计合成了一种富含赖氨酸的类弹性蛋白多肽，并通过化学法用甲基丙烯酸基团对赖氨酸位点进行共价修饰。赖氨酸作为一种强极性氨基酸，其在决定ELPs的结构与功能方面起着重要作用。为了探究该修饰对ELPs的影响，研究者们首先对其相转变过程进行研究，结果表明随着修饰度的提高，ELPs的相转变温度(Transition temperature, Tt)下降明显。随后通过分子建模与动力学模拟的方法对修饰前后ELPs的构象以及温度诱导的构象变化进行表征，结果显示甲基丙烯酸基团的修饰增加了赖氨酸位点的疏水性相互作用，并促进了温度诱导的蛋白结构收缩过程。除了以上变化外，甲基丙烯酸基团的修饰使得ELPs具备了光交联能力，其产生的光交联水凝胶可作为一种新型粘附性生物材料应用在组织工程中。该项工作为基于类弹性蛋白多肽的生物材料设计、分子建模、制造和应用提供了一定借鉴，为仿生类生物材料和组织工程带来了新的选择。

图1.类弹性蛋白多肽的设计与修饰及其相关应用

图2.类弹性蛋白多肽修饰前后的分子建模及动力学模拟分析

相关成果近期发表在国际化工领域知名期刊《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal)，题为“基于类弹性蛋白多肽智能聚合物水凝胶的设计及应用研究”(Design of functional hydrogels using smart polymer based onelastin-like polypeptides)。

本论文第一作者为清华大学深圳国际研究生院博士后郭钟伟，共同第一作者为博士生徐圆圆、董丽娜。清华大学深圳国际研究生院弥胜利教授和加州大学伯克利分校李承武(Seung-Wuk Lee)教授为本文通讯作者。该研究得到了深圳市科技创新委员会基础研究学科布局项目支持。

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