[发明专利]一种改善丝素蛋白生物矿化能力的方法

说明书

本发明公开了一种改善丝素蛋白生物矿化能力的方法。利用噬菌体展示技术将矿化调控功能的多肽展示在噬菌体的衣壳蛋白表面，制备出展示有诱导矿化功能的噬菌体纳米纤维，形成矿化型噬菌体溶液；扩增、纯化、浓缩矿化型噬菌体溶液；将矿化型噬菌体溶液加入到丝素蛋白溶液中进行组装，即得改性后的丝素蛋白。本发明获得的改性后的丝素蛋白比未改善的丝素蛋白具有更优异的调控矿化物成核与生长的能力，改性方法操作简单有效，改性工艺高效，生产周期大为缩短，可大规模获取的优势。

技术领域

本发明涉及了一种生物材料的加工方法，具体是涉及了一种改善丝素蛋白生物矿化能力的方法。

背景技术

骨是动物体中最坚硬的一种结缔组织，主要由无机矿物羟基磷灰石(HA)晶体和有机物I型胶原纤维等在生物体内通过矿化过程生成的硬组织。生物矿化是一种普遍的生命现象，在生物体内矿化过程中，骨桥蛋白、骨钙素、牙本质基质蛋白等矿化调控蛋白对HA晶体的晶体取向、尺寸及形貌起着重要的调控作用。

骨缺损及骨损伤是常见的疾病，每年患者多达数千万人，对患者的正常生命活动和身心健康构成严重威胁。骨组织的损伤修复是临床医学难题之一，其局限性在于体内骨组织为高度分化的组织，相关骨细胞再生能力很弱，普通手术治疗不能满足功能修复的需要。

羟基磷灰石具有良好的生物相容性，是构成人体骨骼和牙齿的主要无机成分。因此，模拟自然界的生物矿化过程，以天然高分子材料为模板，诱导羟基磷灰石的成核与生长，能够制备出与骨组织成分相近的支架材料，可用于体内缺损骨组织的修复。家蚕丝素蛋白、野蚕丝素蛋白(柞蚕丝和天蚕丝等)等丝纤维蛋白是丝蛋白中产量最丰富的一种蛋白，属于天然高分子材料，具有很强的机械强度，作为丝绸原料的使用已经有五千年的历史。此外，丝素蛋白还具有良好的生物相容性和可降解性，其降解产物对细胞或者机体无毒副作用，也很少产生严重的免疫排斥或者炎症反应。由于上述的优点，越来越多的研究将丝素蛋白用于科学研究和临床应用。然而与含有较多酸性氨基酸的丝胶蛋白相比，丝素蛋白中酸性氨基酸占比少，研究上普遍认为丝素蛋白的生物矿化功能很弱，限制了其在生物矿化领域的应用。有研究发现：只有丝素蛋白肽链的非结晶区序列能在矿化液中能诱导磷灰石晶体的生长，并且需要较长的矿化时间(7天)；而丝素蛋白肽链的的结晶区由于含有较多的非极性氨基酸，对盐离子的吸附或螯合能力较低，所以在矿化液中诱导生成羟基磷灰石的能力很弱，因此综合表现为丝素蛋白诱导羟基磷灰石的能力很弱，即使能够诱导羟基磷灰石的生成，也需要很长的矿化时间和苛刻的仿生矿化步骤。这一缺陷限制了丝素生物材料综合性能的发挥以及在骨组织工程中的应用。

综上所述，目前还没有一种工序简单，操作容易，生物安全高的方法能够促进丝素蛋白的仿生矿化能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，利用噬菌体展示技术在噬菌体衣壳蛋白表面展示矿化调控肽。由于噬菌体衣壳蛋白与丝素蛋白有天然的相似性，根据相似相容原理，噬菌体与丝素蛋白能够均匀混合。再通过仿生矿化技术，以丝素蛋白/噬菌体为生长模板，诱导羟基磷灰石在其表面快速成核与生长，从而发明出一种显著改善丝素蛋白生物矿化功能的新型改性方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是如下：

(1)利用噬菌体展示技术将矿化调控功能的核心肽展示在噬菌体的衣壳蛋白表面，制备出展示有诱导矿化功能的噬菌体纳米纤维，形成矿化型噬菌体溶液，称为矿化型噬菌体；

(2)扩增、纯化、浓缩矿化型噬菌体溶液；

(3)将矿化型噬菌体溶液加入到丝素蛋白溶液中进行组装，即得改善后的丝素蛋白；

作为进一步地改进，本发明所述步骤(1)中，所述的矿化调控功能的多肽序列来源于人体、动物或者微生物中具有生物矿化功能的蛋白片段。

作为进一步地改进，本发明所述步骤(3)中丝素蛋白种类是家蚕丝素蛋白、野蚕丝素蛋白。