多肽强力胶，伤口快愈合＋贴出双眼皮

chem化学科普2021-07-226.6W+

外科手术中，出血一直是困扰医生们的难题。当损伤导致创面较大时，往往需要借助缝合等方式，促进组织愈合。然而，缝合过程难以完全封闭伤口，手术后空气、体液的渗漏和外源感染同样不利于伤口愈合。术后由于找不到出血点、难以缝合，甚至造成许多病人因出血过多而无力回天。如果能够找到一款具有生物相容性、高强度且无毒的医用“胶水”，将伤口封闭，这些问题或许能够迎刃而解。

商业化的氰基丙烯酸酯类，如504止血胶（主要成分为α-氰基丙烯酸正丁酯)、508医用胶粘剂（主要成分为α-氰基丙烯酸正辛酯），已应用于创口封闭、器官吻合等临床手术。然而这些“胶水”有一定的细胞毒性，而且在湿表面粘合效果不佳。近年来，有研究者受到贻贝分泌的贻贝足丝蛋白的启发，制备出了蛋白质类生物胶（Adv. Mater., 2017, 29, 1703026），不过其粘合强度还有待提高。

多肽强力胶，伤口快愈合＋贴出双眼皮第1张

贻贝启发的生物胶策略。图片来源：Adv. Funct. Mater.

近日，清华大学刘凯教授、荷兰格罗宁根大学Andreas Herrmann教授等人在Nature Communications 杂志上发表论文，报告了一种生物相容性好且可降解的高粘附强度蛋白质基粘合剂。这种粘合剂由阳离子超电荷多肽（supercharged polypeptides, SUPs）与阴离子芳香族表面活性剂通过静电复合而成，在硬质基材上的最大粘附强度达到 16.5 ± 2.2 MPa，与商用氰基丙烯酸酯强力胶相当，并且比其他蛋白质基粘合剂高出至少一个数量级。这种粘合剂在软组织上也表现出的良好的粘附性能，优于某些商业化的医用产品，还能加快伤口愈合。有趣的是，这种蛋白质基粘合剂的优秀粘附性能并非依赖于共价键的形成，而是依赖于多种超分子相互作用。

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蛋白质基粘合剂（SUP胶）的设计示意图。图片来源：Nat. Commun.

阳离子SUPs的灵感来自天然弹性蛋白，基本重复单元为五肽VPGKG，第四位用生理条件下质子化的赖氨酸残基（K）取代。通过大肠杆菌重组表达，产生一系列具有不同重复单元数的多肽骨架，如K18、K72、K144等，数字表示多肽骨架的正电荷数。阴离子芳香族表面活性剂采用十二烷基苯磺酸钠（SDBS），这是一种化妆品中常用的表面活性剂。当SUPs和SDBS以赖氨酸单元与表面活性剂的1:1摩尔比混合后，溶液变得浑浊，发生相分离，离心得到SUP-SDBS聚集物。分离上层清液后，聚集物具有良好的可塑性，定量分析表明赖氨酸单元与表面活性剂的摩尔比为 1:0.9，总体含水量约为42%。

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SUP-SDBS聚集物。图片来源：Nat. Commun.

无论是在高表面能的玻璃、钢、铝基底上，还是在聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）等低表面能基底上，SUP胶均表现出和商用氰基丙烯酸酯强力胶类似的断裂强度，最大强度可达16.5 ± 2.2 MPa，且粘合强度随着SUP摩尔质量的增加而增加。生物体实际应用中，往往还要面临潮湿表面的考验。在盐溶液中测量SUP胶的水下粘合强度，比其它报道的蛋白质基水下胶粘剂更高。有趣的是，当接触时间增加到20 min时，SUP-SDBS粘附力明显增强，这可能源自分子在水下重排导致疏水部分暴露，增加了分子之间的相互作用力。

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SUP胶的粘附性能测试。图片来源：Nat. Commun.

计算机模拟表明，静电相互作用、阳离子-π相互作用、疏水相互作用和其他相互作用（如氢键等）的贡献率为4:2:1:1。且复合物中存在一定量的水可以加强体系中的相互作用，使赖氨酸残基带正电荷，并通过静电吸引以及阳离子-π相互作用，维持SDBS的胶束结构，这种湿态粘合机制与贻贝足丝蛋白有些类似。

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计算机模拟。图片来源：Nat. Commun.

SUP胶的生物相容性良好，24小时后细胞存活率高于90%。此外，SUP胶经弹性蛋白酶处理可实现降解，直接剥离后粘合性能恢复，与原始材料表现出近乎相同的粘合强度。随后，研究者利用SUP胶对猪心脏、肌肉、肝脏和皮肤等组织进行粘合，最高粘附能可达260 ± 110 J m⁻²。并随后应用于大鼠肝脏、猪肝、猪肾和猪心等出血情况中，SUP胶能完全封闭损伤组织，5分钟内达到止血效果。

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