茶多酚调控的蛋白质二级结构有助于开发出强度高、韧性强的天然蛋白质水凝胶，这些水凝胶可作为引导骨再生的膜材料

《CATENA》：Tea polyphenol-regulated secondary structure for developing strong and tough natural protein hydrogels as guided bone regeneration membranes

本研究提出茶多酚（TP）作为机械调节剂，通过调控蛋白质二级结构开发高强度和高韧性天然蛋白水凝胶。实验表明，TP处理的水凝胶具有优异机械性能（拉伸强度2.64 MPa，杨氏模量60.37 MPa，韧性1.83 MJ/m3），并成功制备出不对称多孔膜，兼具抗氧化、抗菌及骨诱导特性。体内实验证实该膜可有效促进牙周骨再生，为GBR膜提供新策略。

　　自然蛋白基水凝胶因其在生物医学领域的广泛应用而受到广泛关注，尤其是在引导骨再生（GBR）膜的应用中。GBR膜的主要作用是作为物理屏障，防止软组织侵入骨缺损区域，同时为新骨组织的生长提供支撑。然而，现有的天然蛋白基水凝胶在机械性能上存在一定的局限，尤其是在强度和韧性之间的平衡问题。这使得它们在实际应用中容易发生降解、迁移或塌陷，进而影响骨修复的效果。因此，开发具有优异机械性能的天然蛋白基水凝胶成为当前研究的重点。

为了克服这一挑战，研究团队提出了一种基于茶多酚（TP）调控蛋白质二级结构的策略，以实现水凝胶的高强度和高韧性。茶多酚作为一种天然的抗氧化和抗菌成分，具有与蛋白质分子相互作用的能力，能够改变蛋白质的构象和力学性能。通过调控蛋白质的二级结构，茶多酚可以促进β-折叠结构的形成，从而增强水凝胶的机械强度和刚度，同时通过氢键和疏水相互作用，防止β-折叠结构的过度聚集，从而提升水凝胶的韧性。这种策略不仅能够改善水凝胶的机械性能，还能赋予其良好的生物活性，使其在实际应用中更具优势。

在本研究中，研究人员利用茶多酚作为机械调节剂，通过调控蛋白质的二级结构，构建出具有高强度和高韧性的天然蛋白基水凝胶。随后，这些水凝胶被进一步加工成不对称多孔结构，以满足GBR膜的应用需求。为了实现这一目标，研究团队采用了一种由丝蛋白（SF）和牛血清白蛋白（BSA）衍生的化学交联水凝胶，并通过茶多酚溶液处理（方案1A）来调控其二级结构。实验结果表明，茶多酚在调控丝蛋白和牛血清白蛋白的二级结构方面发挥了关键作用，特别是提高了β-折叠结构的含量，从而在水凝胶的刚度和韧性之间实现了良好的平衡。

此外，研究团队还通过重力诱导沉淀、光引发自由基聚合以及随后的酸蚀处理（方案1B）来构建不对称多孔水凝胶膜。这种方法不仅能够形成具有高机械性能的水凝胶膜，还能赋予其良好的抗氧化、抗菌和骨诱导功能。通过这种不对称多孔结构，水凝胶膜能够在表面形成致密层，起到物理屏障的作用，同时在另一侧形成多孔结构，促进新骨组织的生长。这种设计使得水凝胶膜在实际应用中更加符合GBR膜的需求。

为了验证这一假设，研究团队对水凝胶膜的机械性能、降解行为、抗氧化和抗菌能力、细胞内活性氧（ROS）清除效果、体外成骨分化以及体内促进牙周骨再生的潜力进行了全面的表征和评估。实验结果表明，茶多酚处理后的水凝胶膜在机械性能上表现出色，具有较高的拉伸强度（2.64 ± 0.20 MPa）、杨氏模量（60.37 ± 2.71 MPa）和韧性（1.83 ± 0.13 MJ m?3），这些指标均超过了大多数纯天然蛋白基水凝胶。此外，该水凝胶膜在抗氧化、抗菌和骨诱导方面也表现出良好的性能，显示出其在实际应用中的巨大潜力。

在材料选择方面，研究团队使用了来自安康蚕桑基地的家蚕茧，以及从Sigma-Aldrich和Heowns Biochem Technologies购买的BSA、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（IRGACURE 1173）、环氧丙基甲基丙烯酸酯（GMA）、甲基丙烯酸酐（MMA）、锂溴（LiBr）、碳酸钠（Na?CO?）和碳酸氢钠（NaHCO?）等化学试剂。茶多酚则由Meryer（上海）提供。这些材料的合理选择为水凝胶的制备和性能优化提供了基础。

在实验设计方面，研究团队首先合成了甲基丙烯酸化的丝蛋白（SFMA）和甲基丙烯酸化的牛血清白蛋白（BSAMA），然后通过茶多酚溶液处理来调控其二级结构。这一过程不仅增强了水凝胶的机械性能，还改善了其生物活性。为了进一步构建不对称多孔结构，研究团队采用了重力诱导沉淀、光引发自由基聚合以及酸蚀处理等方法。这些方法的结合使得水凝胶膜在结构和功能上都得到了优化，从而满足GBR膜的需求。

在研究过程中，研究团队采用了多种实验方法，包括机械性能测试、降解行为分析、抗氧化和抗菌能力评估、细胞内活性氧清除效果检测、体外成骨分化实验以及体内促进牙周骨再生的实验。这些实验的综合结果表明，茶多酚处理后的水凝胶膜在机械性能、生物活性和骨再生效果方面均表现出色，显示出其在实际应用中的巨大潜力。

此外，研究团队还对实验结果进行了深入的讨论和分析。他们指出，茶多酚作为机械调节剂，在调控蛋白质二级结构方面具有独特的优势。通过促进β-折叠结构的形成，茶多酚能够显著增强水凝胶的机械强度和刚度，同时通过氢键和疏水相互作用，防止β-折叠结构的过度聚集，从而提升水凝胶的韧性。这种调控机制不仅能够改善水凝胶的机械性能，还能赋予其良好的生物活性，使其在实际应用中更加符合GBR膜的需求。

在实际应用中，这种不对称多孔水凝胶膜能够作为物理屏障，防止软组织侵入骨缺损区域，同时为新骨组织的生长提供支撑。其表面的致密结构能够有效阻挡软组织的侵入，而内部的多孔结构则能够促进新骨组织的生长。这种设计使得水凝胶膜在实际应用中更加符合GBR膜的需求，从而提高了其在骨再生中的效果。

研究团队还指出，这种不对称多孔水凝胶膜具有良好的抗氧化和抗菌能力，能够有效清除细胞内的活性氧，抑制细菌的生长，从而为新骨组织的生长提供一个更加安全和稳定的环境。此外，水凝胶膜还具有良好的骨诱导能力，能够促进成骨细胞的分化和增殖，从而加速新骨组织的形成。

在体内实验中，研究团队通过植入模型验证了这种不对称多孔水凝胶膜在促进牙周骨再生方面的潜力。实验结果表明，该水凝胶膜在体内环境中能够有效促进牙周骨的再生，显示出其在实际应用中的巨大潜力。这一结果进一步验证了茶多酚作为机械调节剂在调控蛋白质二级结构方面的有效性，以及其在构建高性能水凝胶膜中的重要作用。

综上所述，本研究通过引入茶多酚作为机械调节剂，成功构建出具有优异机械性能和生物活性的天然蛋白基水凝胶膜。这种水凝胶膜不仅能够作为物理屏障，防止软组织侵入骨缺损区域，还能为新骨组织的生长提供支撑，同时具有良好的抗氧化、抗菌和骨诱导能力。这些特性使得该水凝胶膜在GBR膜的应用中具有广阔的发展前景，为骨再生研究提供了新的思路和方法。