生物活性胶原肽功能化聚葡萄糖醛酸的骨组织工程应用潜力：体外性能分析与机制研究

【编辑推荐】针对骨组织工程中多糖基材料细胞粘附性差的难题，印度VIT研究团队通过将胶原衍生肽(GKNGDDGEA)功能化修饰聚葡萄糖醛酸(PGU)，开发出PGU-PH-PP1新型复合材料。实验证实0.714 ng/cm2涂层浓度可提升20%细胞活性，显著上调骨钙素(OCN)、碱性磷酸酶(ALP)等成骨标志物表达，为骨修复生物材料设计提供新策略。

　　

骨骼虽具备自我修复能力，但重大创伤或病理性缺损仍需手术干预。传统同种异体移植面临供体短缺、二次手术等局限，促使科学家探索新型骨组织工程(BTE)材料。理想材料需同时满足结构支撑与生物活性需求，既要模拟细胞外基质(ECM)的糖胺聚糖(GAGs)组分，又需提供细胞识别位点。聚葡萄糖醛酸(PGU)作为细菌源性阴离子多糖，虽具有类似GAGs的凝胶特性，却因缺乏整合素结合域导致细胞粘附性差——这正是维尔洛尔理工学院联合法国大学研究院团队开展本研究的核心出发点。

研究团队创新性地将胶原来源生物活性肽(GKNGDDGEA)通过酪胺偶联(PGU-PH)修饰PGU，构建出PGU-PH-PP1功能材料。关键技术包括：采用MG-63成骨细胞模型进行体外评估；通过MTT法检测细胞活力；qPCR分析成骨相关基因表达；结合表面润湿性测试揭示材料-蛋白相互作用机制。

【材料功能化】通过酪胺酚基团将胶原肽共价接枝至PGU链，制备出六种浓度梯度(0.178-1.07 ng/cm²)的涂层材料。乙酰化度53%的PGU经修饰后，其4.4×10⁵ g/mol分子量特性得以保留。

【细胞响应】P4组(0.714 ng/cm²)表现最优：较纯PGU提升20%细胞存活率，显著增强细胞铺展形态。材料表面亲水性增加促进纤维连接蛋白吸附，通过α₅β₁整合素激活粘着斑激酶信号通路。

【基因调控】qPCR显示P4组显著上调RUNX2、骨桥蛋白(OPN)等标志物：ALP表达量达对照组的2.3倍，OCN提升1.8倍，证实其通过Wnt/β-catenin通路促进成骨分化。

【结论启示】该研究首次证实PGU-PH-PP1兼具结构仿生(GAGs模拟)与生物活性(胶原肽功能)双重优势：①突破多糖材料粘附性差的瓶颈；②0.714 ng/cm²为最佳生物活性窗口；③通过调控ECM重建相关基因表达促进骨再生。发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的这项成果，为开发3D打印生物墨水提供了新思路，A. Tejaswini等学者特别指出该材料在骨质疏松性骨缺损修复中的应用潜力。