一种可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽及其应用。所述骨诱导活性多肽包括C端的组装结构域、N端的骨诱导活性域以及两者之间的柔性连接分隔域。所述组装结构域为(RADA)4‑9，骨诱导活性域为甲状旁腺素(PTH)或甲状旁腺素相关肽(PTHrPs)。所述骨诱导活性多肽可以自发组装为肽纳米纤维，与RADA16肽混合可共组装为肽纳米纤维水凝胶。由所述骨诱导活性多肽组装形成的水凝胶及其所构建的高分子复合纳米生物材料可有效避免多肽爆释，避免多肽被局部蛋白酶降解，代替PTH及PTHrPs长期全身性系统给药，提高患者依从性，减少患者痛苦。本发明专利技术提供了一种PTH及PTHrPs原位用于骨修复的新策略。原位用于骨修复的新策略。原位用于骨修复的新策略。

【技术实现步骤摘要】
一种可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽及其应用


[0001]本专利技术涉及骨生物材料与组织工程领域，具体涉及一种可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽及其应用。

技术介绍

[0002]骨组织在损伤后具有一定的自愈能力，但骨延迟愈合或不愈合在临床发生率高于10％。目前，自体骨移植是外科骨修复的金标准，但该手术策略需要额外手术并可能导致出血、感染、慢性疼痛等并发症。异体骨移植是另一种临床用于骨缺损修复的治疗措施，但异体骨移植物可能诱导免疫排斥反应，病原体播散从而导致骨愈合失败。
[0003]随着材料科学和生物医学的发展，骨组织工程正逐渐成为一种治疗骨缺损的理想治疗策略，主要由三大核心要素构成，包括支架材料、种子细胞及活性因子。骨形态发生蛋白
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2(BMP
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2)是一种目前已用于临床治疗骨缺损、修复骨折的活性因子，但大量的临床证据表明BMP
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2容易导致一系列临床副反应，包括脊神经根炎、椎体骨质溶解、血肿形成、肿瘤发生等。因此，一种新型的活性因子替代BMP2用于骨折及骨缺损修复是非常必要的。
[0004]甲状旁腺素(PTH)是由甲状旁腺分泌的一种含84个氨基酸的多肽，作用于骨组织时可通过骨重构调节血清钙磷含量。基于甲状旁腺素而研发的具有与PTH同样作用的小分子肽称为甲状旁腺素相关肽(PTHrPs)。例如，PTH氮端前34个氨基酸为其活性序列，商品名为特立帕肽(PTH(1
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34))，主要通过与经典PTH
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I型受体结合而发挥促成骨及调节骨重构的作用。在临床上，系统性每日皮下注射特立帕肽已经用于治疗绝经后骨质疏松，可以增加患者骨量，被认为是治疗严重骨质疏松症的"突破性"进展。目前，系统性每日皮下注射PTH(1
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34)已逐步用于促进原位骨折及骨缺损的修复，有望成为一种替代BMP
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2用于骨折及骨缺损修复的理想活性因子。但系统性每日皮下注射PTH(1
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34)往往导致患者痛苦增加、依从性差、经济负担重以及全身其他系统不良反应。因此，原位应用PTH或PTHrPs用于骨折及骨缺损修复是一种替代系统性皮下注射的理想策略。然而，PTH及PTHrPs多以破骨作用大于成骨作用，从而成骨效果不明显而结束；PTH及PTHrPs作为多肽类药物，容易被局部的蛋白酶所降解，从而丧失其生物学活性；PTH及PTHrPs物理吸附负载往往与爆释关联，为确保局部生物学活性需要负载较多的多肽，从而可能导致副反应的发生。
[0005]肽纳米纤维水凝胶是由小分子多肽在一定条件下组装为纳米纤维进一步相互交联形成的凝胶材料。其中，基础离子互补肽(如RADA16、FEFKFEFK等)是可组装成肽纳米纤维水凝胶最常见的类别。在盐粒子溶液中，基础离子互补肽能自发组装成β折叠片层样纳米纤维网络，外观呈凝胶状，降解产物为氨基酸，不产生免疫反应和炎性反应，且无细胞毒性。功能性肽片段(如PRGDSGYRGDS、KLTWQELYQLKYKGI等)可通过固相合成法连接到基础离子互补肽侧端构建功能性离子互补肽。由于目前的功能性肽片段氨基酸序列较小，不具有特定的二维结构，进而阻碍组装结构域RADA形成β折叠片层的组装行为，所构建的功能性离子互补肽在水溶液中无法单独自组装形成长纳米纤维，因此无法进一步相互交联形成纳米纤维水凝胶。当与基础自组装肽混合后，两者尽管可以共组装形成较长的纳米纤维，但不具有特定
二维结构的侧端序列仍然会影响组装结构的稳定性。同时，目前所添加的功能性肽片段，功能单一，无法满足骨组织修复所需的多重功能(包括细胞募集、迁移、增殖、生物矿化、成骨分化、血管化、免疫调控等)。
[0006]因此，研制出一种安全、生物相容性好、可降解、可保护PTH及PTHrPs生物学活性、有效避免爆释的多功能成骨诱导活性材料，用于外科骨修复将具有广阔的临床应用前景。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供了一种可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽及其应用。所述的可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽包括C端的组装结构域、N端的骨诱导活性域以及两者之间的柔性连接分隔域。所述的组装结构域为(RADA)4‑9。所述的骨诱导活性域为PTH或PTHrPs，包括PTH、特立帕肽PTH(1
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34)、PTHrP1、PTHrP2、阿巴洛肽、甲状旁腺素相关蛋白1
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37等源于PTH的衍生多肽。
[0008]当组装结构域的RADA单元为16肽(即，重复4次)或36肽(即，重复9次)时，出乎意料地，所得到的组装结构域可与骨诱导活性域PTHrPs连接，既不影响其自组装成纳米纤维的能力，又赋予了其具有成骨诱导的能力。
[0009]当PTHrPs通过柔性连接分隔域与组装结构域重复4次的RADA16相连接时，与未进行任何改性的RADA16肽可共组装形成纳米纤维水凝胶，所形成的共组装肽纳米纤维水凝胶保留了成骨诱导活性。
[0010]当PTHrPs通过柔性连接分隔域与组装结构域重复9次的RADA36相连接时，无需与未进行任何改性的RADA16肽共组装，其自身组装形成的肽纳米纤维即可自组装形成纳米纤维水凝胶，所形成的自组装肽纳米纤维水凝胶保留了成骨诱导活性。同时也可以与RADA16肽混合共组装，所形成的共组装肽纳米纤维水凝胶同样保留了成骨诱导活性。
[0011]优选地，所述的骨诱导活性域PTHrPs为PTH(1
‑
34)、PTHrP1、PTHrP2、阿巴洛肽、甲状旁腺素相关蛋白1
‑
37的一种。所述PTH(1
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34)的序列为SVSEIQLMHNLGKHLNSMERVEWLRKKLQDVHNF、所述PTHrP1的序列为S
[PO4]VSEIQLMHNLGKHLNSMERVEWLRKKLQDVHNFDDD、所述PTHrP2的序列为S
[PO4]VSEIQLMHNLGKHLNSMERVEWLRKKLQDVHNFEEE、所述阿巴洛肽的序列为AVSEHQLLHGKGKSIQDLRRRELLEKLLXKLHTA(X为2
‑
甲基丙氨酸)、所述甲状旁腺素相关蛋白1
‑
37的序列为AVSEHQLLHGKGKSIQDLRRRFFLHHLIAEIHTAEIR。
[0012]优选地，所述的柔性连接分隔域为GG。
[0013]本专利技术还提供了上述可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽与RADA16肽共组装形成肽纳米纤维水凝胶的诱导方法，包括以下步骤：
[0014]S1：分别使用无菌超纯水溶解上述可组装纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽与RADA16肽，低温超声分散，分别获得多肽储存液。
[0015]S2：将上述可组装成纳米纤维水凝胶的成骨诱导活性多肽储存液与RADA16肽储存液混合，涡旋混匀后低温超声分散得到混合多肽储存液。所述的混合多肽储存液中，可组装纳米纤维水凝胶的骨诱导活性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽，其特征在于，包括C端的组装结构域、N端的骨诱导活性域以及两者之间的柔性连接分隔域；所述的组装结构域为(RADA)4‑9；所述的骨诱导活性域为甲状旁腺素或甲状旁腺素相关肽。2.根据权利要求1所述的可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽，其特征在于，所述的甲状旁腺素相关肽为选自特立帕肽PTH(1
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34)、PTHrP1、PTHrP2、阿巴洛肽、甲状旁腺素相关蛋白1
‑
37的一种；所述PTH(1
‑
34)的序列为SVSEIQLMHNLGKHLNSMERVEWLRKKLQDVHNF；所述PTHrP1的序列为S
[PO4]
VSEIQLMHNLGKHLNSMERVEWLRKKLQDVHNFDDD；所述PTHrP2的序列为S
[PO4]
VSEIQLMHNLGKHLNSMERVEWLRKKLQDVHNFEEE；所述阿巴洛肽的序列为AVSEHQLLHGKGKSIQDLRRRELLEKLLXKLHTA，其中X为2
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甲基丙氨酸；所述甲状旁腺素相关蛋白1
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37的序列为AVSEHQLLHGKGKSIQDLRRRFFLHHLIAEIHT AEIR。3.根据权利要求1所述的可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽，其特征在于，所述的柔性连接分隔域为GG。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的可组装成纳米纤维水凝胶的骨诱导活性多肽，其特征在于，当所述的骨诱导活性多肽的组装结构域RADA重复4次时，其能自组装为肽纳米纤维，其与RADA16肽混合后能进一步共组装形成纳米纤维水凝胶；当所述的骨诱导...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景峰，郝卓文，蔡林，
申请(专利权)人：武汉大学中南医院，
类型：发明
国别省市：