生物活性玻璃负载玉米醇溶蛋白 / 海藻酸钠复合微珠的生物活性增强及分子对接分析 —— 助力生物医学新突破

为解决生物活性玻璃（BG）机械性能差、弹性模量高等问题，研究人员开展了制备 BG 负载玉米醇溶蛋白（zein）/ 海藻酸钠（SA）复合微珠的研究。结果显示复合微珠具有生物活性，且随 BG 含量增加而增强，可用于组织工程等。该研究为生物医学应用提供了新方向。

　　在生物医学材料领域，骨修复材料的发展一直备受关注。传统的生物活性玻璃（BG）虽能与天然骨形成强结合，但它在承受负荷时机械性能欠佳，弹性模量比皮质骨高，容易引发应力屏蔽问题，影响骨修复效果。为了克服这些难题，开发更理想的骨修复材料，来自埃及 Al-Azhar 大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为生物医学领域带来了新的希望。
研究人员采用了多种关键技术方法。在材料合成方面，运用溶胶 - 凝胶法制备生物活性玻璃（60S-BG），通过滴加法制得负载不同浓度 BG（10%、20%、30% 和 40%）的 zein/SA 复合微珠，以氯化钙（CaCl₂，5%）作为交联剂 。在表征分析上，利用 X 射线粉末衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、场发射枪扫描电子显微镜（FEG-SEM）和能量色散 X 射线分析（EDXA）等技术，对复合微珠在体外测试前后的结构、成分和形貌进行研究。还借助 I-TASSER 服务器构建 zein 的 3D 模型，通过 Autodock vina 和 PyMOL 软件进行分子对接研究，探索 zein 与 SA 之间的相互作用。
研究结果如下：

• FTIR 分析：对 60S-BG 粉末的 FTIR 分析表明，其具有多种特征吸收峰，对应不同的化学键振动。在复合微珠的 FTIR 分析中，随着 BG 浓度增加，一些吸收带强度改变，且 SA 和 zein 的部分特征带在浸泡于模拟体液（SBF）后发生变化，还出现了新的与磷酸钙（HAP）相关的特征带，这表明复合微珠在 SBF 中发生了反应，可能形成了 HAP。
• 蛋白质吸附研究：以牛血清白蛋白（BSA）为模型蛋白研究蛋白质吸附。结果显示，随着 BG 含量增加，BSA 在复合微珠表面的吸附量增加，酰胺 I 和酰胺 II 带强度增强，酰胺 III 带也更明显，这说明 BG 含量的变化影响了蛋白质的吸附，可能与微珠的孔隙率和表面电荷有关。
• XRD 分析：XRD 结果表明，复合微珠在浸泡前，BG 颗粒呈典型无定形结构，浸泡 33 天后，出现了 HAP 的特征峰，且其强度随 BG 含量增加而增强，同时还出现了可能与碳酸钙（CaCO₃）相关的新峰，这进一步证明了复合微珠在 SBF 中形成了 HAP，且较高的 BG 含量有利于 HAP 的形成。
• SEM 和 EDXA 分析：SEM 观察到复合微珠呈球形且大小均匀，表面有微孔，浸泡后微珠直径减小，表面沉积了 HAP 层。EDXA 分析检测到 BG 的关键元素以及 zein 和 SA 的主要元素，且随着 BG 浓度升高，相关元素峰增强，浸泡后钙（Ca）和磷（P）峰增加，这直观地展示了复合微珠的结构和成分变化，以及 HAP 的沉积过程。
• Zein 结构预测与分子对接：由于缺乏 zein 的实验 3D 结构，研究人员利用 I-TASSER 服务器进行建模，经 ModRefiner 服务器优化后，得到了质量更高的模型。分子对接研究发现，SA 能与 zein 通过范德华力和氢键相互作用，形成稳定的复合物。
  研究结论表明，新制备的 BG 负载 zein/SA 复合微珠具有良好的生物活性，且生物活性随 BG 含量增加而增强。这一特性使得复合微珠在生物组织工程领域具有潜在的应用价值，有望用于促进骨生成。同时，该复合微珠还可能作为优秀的药物载体，不过这还需要未来进一步研究。此外，研究中对 zein 结构的准确预测和对 zein 与 SA 相互作用的深入了解，为后续设计和优化生物材料提供了理论依据，推动了生物医学材料领域的发展，为解决骨修复等相关医学问题带来了新的思路和方法。