分子动力学模拟揭示混合支架细胞黏附特性：丝素蛋白/聚氨酯复合材料在血管组织工程中的应用

为解决血管移植物材料生物相容性优化难题，Sharif University of Technology团队通过分子动力学模拟研究丝素蛋白(B. mori SF)与热塑性聚氨酯(TPU)混合支架对纤连蛋白(fibronectin)和层粘连蛋白(laminin)的吸附特性。发现SF:TPU-1/1配比具有最高黏附能(196.598 kcal/mol)和细胞活性(94.7%)，证实模拟可预测材料性能，为组织工程支架设计提供新策略。

　　

在心血管疾病治疗领域，开发具有优异生物相容性的血管移植物仍是重大挑战。现有单组分材料往往难以兼顾机械强度与细胞亲和性，而传统实验筛选方法耗时耗力。Sharif University of Technology的Amir Shamloo团队在《Scientific Reports》发表研究，通过分子动力学模拟与实验验证相结合，系统评估了丝素蛋白(Bombyx mori silk fibroin, B. mori SF)与热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane, TPU)混合支架的性能。

研究采用Material Studio 2017软件进行分子动力学模拟，运用Dreiding力场计算体系能量。构建三种配比(SF:TPU-3/7、1/1、7/3)的支架模型，分析其与血管关键蛋白(纤连蛋白1FBR、层粘连蛋白4YEQ)的相互作用。实验部分通过电纺丝技术制备纳米纤维支架，采用MTT法、SEM和活/死染色评估人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的增殖行为。

分子动力学模拟
模拟结果显示，SF:TPU-1/1对层粘连蛋白的黏附能最高(196.598 kcal/mol)，而SF:TPU-3/7组出现负值(-21.118 kcal/mol)，表明蛋白无法有效吸附。构象分析发现，高黏附能组中蛋白质发生显著构象变化，暴露出更多活性残基。

实验验证
电纺丝制备的SF:TPU-1/1纤维直径(1.052±0.297 μm)最接近天然血管基质。MTT实验显示该组细胞活性达94.7%，显著高于其他组(p<0.05)。活/死染色证实细胞呈健康梭形，7天后形成连续内皮层。降解实验表明SF含量决定材料稳定性，SF:TPU-7/3组7天降解率达22.22%。

讨论与结论
该研究首次证实分子动力学模拟可准确预测混合支架的生物相容性。SF与TPU的协同作用创造适度亲水性表面(接触角平衡)，优化了ECM蛋白吸附。SF:TPU-1/1展现最佳综合性能，其机械强度来自TPU的弹性模量，而SF的RGD序列促进细胞识别。这项研究为血管移植物设计提供了高效筛选平台，未来可通过扩展模拟参数进一步优化材料体系。