深海鱼源胶原-明胶/甲壳素纳米晶复合支架的构建及其在组织工程中的功能强化与应用

本研究针对海洋源生物材料机械性能差、降解速率快等问题，创新性地将深海平滑瞻星鱼(Kathetostoma sp.)皮肤提取的胃蛋白酶溶性胶原(PSC)和明胶，与深海虾壳来源的甲壳素纳米晶(ChNCs)复合构建生物支架。该支架展现出5.09 MPa的拉伸强度、59.8%的DPPH清除率及>90%的细胞存活率，为软组织工程提供了兼具力学强化与生物活性的新型材料，同时实现了深海副产物的高值化利用。

　　

在生物医学领域，寻找既能模拟细胞外基质(ECM)特性又具备足够力学支撑的支架材料始终是重大挑战。传统哺乳动物源胶原存在疾病传播风险，而普通鱼胶原又面临机械强度不足的瓶颈。更棘手的是，快速降解的胶原支架难以匹配组织再生周期。与此同时，每年数百万吨的深海渔业加工废料未被有效利用，这些富含结构蛋白和甲壳素的生物质若被丢弃，不仅浪费资源还会造成环境负担。

针对这一系列问题，来自印度喀拉拉邦的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表创新研究。他们另辟蹊径地从印度西南海域的深海平滑瞻星鱼(Kathetostoma averruncus)皮肤提取胃蛋白酶溶性胶原(PSC; 得率18.01±0.53%)和明胶(11.95±0.24%)，同时从同海域的深海黄金虾(Plesionika martia)壳废料中制备甲壳素纳米晶(ChNCs)，通过冷冻干燥法制备复合支架。研究采用场发射扫描电镜(FE-SEM)表征形貌，傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析分子相互作用，并通过DPPH和FRAP实验评价抗氧化活性，最后用HEK293细胞系进行体外生物相容性测试。

材料特性
ChNCs呈现典型的针状结构(长201.49±20.55 nm，宽26.55±12.33 nm)，X射线衍射显示其结晶度达82.3%。当添加7% ChNCs时，复合支架的孔隙率保持在89.6±3.2%，孔径分布为50-200 μm，完全满足细胞浸润需求。

力学性能提升
纯胶原支架的拉伸强度仅1.2 MPa，而7% ChNCs复合支架提升至5.09 MPa，增幅达324%。这归因于ChNCs的高长径比(约7.6)和150 GPa的纵向模量，其表面丰富的-NH₂和-OH基团与胶原肽链形成密集氢键网络。

生物稳定性
在37°C的PBS溶液中，复合支架的降解周期从纯胶原的1.5天延长至4天。质量保留率实验显示，7天时ChNCs组仍保持68.3±2.1%的质量，显著高于对照组的31.7±1.8%。

抗氧化活性
7% ChNCs组的DPPH自由基清除率达59.8%，FRAP值较对照组提高2.3倍。这源于甲壳素分子中的乙酰氨基在碱性条件下产生的活性氨基。

细胞相容性
HEK293细胞在支架上培养72小时后，存活率>90%。共聚焦显微镜显示细胞在孔隙内均匀分布，并伸出伪足锚定在纤维表面，表明优异的ECM模拟特性。

这项研究开创性地将两种深海废弃物转化为高附加值生物材料。通过ChNCs的纳米增强效应，不仅解决了海洋胶原力学性能差的行业难题，其可控降解特性更填补了快速降解材料在长期组织再生中的应用空白。从可持续发展角度看，该技术为每吨深海加工废料创造约$1200的增值空间，真正实现了"变废为宝"的循环生物经济模式。未来通过调整ChNCs的脱乙酰度，有望进一步调控支架的免疫调节功能，为创伤修复、软骨再生等临床应用提供新选择。