生长因子 PEG-纤连蛋白水凝胶应用

细胞外基质衍生的基质胶含有多种生长因子。并且它具有支持细胞增殖、迁移和分化的ECM特性，因此广泛应用于体外细胞培养。但此类基质胶成分未知，稳定性较差，物理性质缺乏可控。因此，开发一种兼具ECM功能和合理设计的可控生物材料显得尤为重要。

格拉斯哥大学 Manuel Salmeron-Sanchez 教授的团队在《生物材料》杂志上发表了一篇文章“采用全长纤连蛋白设计的 3D 水凝胶，可隔离并呈现生长因子”。研究人员利用聚乙二醇共价结合全长的纤连蛋白，制备了一种可以富集和控制生长因子的PEG-纤连蛋白水凝胶。并证明水凝胶可以结合血管内生长因子（VEGF）和骨形态发生蛋白（BMP2）促进血管生成，实现骨再生。

FNPEG水凝胶的制备及表征

FN 通过迈克尔型加成反应与 PEG 网络共价结合，形成 FN 标记的 FNPEG 水凝胶。 FN免疫荧光染色和释放检测结果表明，FN均匀分布在水凝胶网络中，结合稳定。 PEG可以控制FNPEG水凝胶系统的物理和化学性质。随着体系中PEG含量的增加，FNPEG水凝胶的溶胀性能和杨氏模量也显着提高。此外，添加0.5VPM可降解交联剂将增强水凝胶的机械强度。

FNPEG水凝胶可稳定结合生长因子

FN可以随机与生长因子结合，例如通过FNIII12-14与VEGF结合。因此，与PEG相比，FNPEG水凝胶可以有效共聚大量生长因子。研究人员使用荧光标记的 VEGF 来追踪其随时间的释放。将荧光标记的 VEGF 混合到 PEG 和 FNPEG 水凝胶中进行释放实验。 24小时后，PEG释放了所有VEGF，而FNPEG水凝胶保留了50%的VEGF。同时，将PEG和FNPEG水凝胶置于相同浓度的荧光标记VEGF中，测试其结合VEGF的能力。

结果表明，每毫升 FNPEG 水凝胶比 PEG 多结合 2μg VEGF。此外，可降解交联剂VPM的存在不会影响水凝胶与VEGF的稳定结合，表明FNPEG水凝胶可以通过其自身的降解特性来控制生长因子的释放。

FNPEG水凝胶可促进微血管网络的形成

PEG和FNPEG水凝胶中HUVEC的存活率没有显着差异。研究人员将接种了HUVEC的微载体封装到FNPEG水凝胶和Matrigel中，并在培养基中添加VEGF，以研究FNPEG水凝胶在3D培养过程中促进管出芽的作用。在含有VEGF的FNPEG水凝胶中，出现了大量与Matrigel类似的血管出芽现象，并且连接的血管芽的面积比Matrigel更多。

研究人员进一步将HUVEC和VEGF直接封装到FNPEG水凝胶中，研究FNPEG水凝胶是否能像Matrigel一样促进三维交换中的血管形成。第1天和第2天，FNPEG水凝胶形成比Matrigel组和含有VEGF的PEG组更宽的血管簇。然而，从第3天开始，FNPEG水凝胶中的血管簇开始分解，表明这些细胞复合物不稳定。需要周细胞、平滑肌细胞和其他类型的细胞来稳定新形成的毛细血管。

研究人员使用更复杂的鸡胚尿囊膜来测试FNPEG水凝胶是否可以促进毛细血管的形成。添加和未添加 VEGF 的 FNPEG 水凝胶鸡胚尿囊膜上毛细血管的分叉和连接数量均显着高于对照组，表明 FNPEG 水凝胶不仅具有持久持续释放 VEGF 的能力，鸡胚尿囊膜在发育过程中产生的尿囊膜也可保留在原位，促进毛细血管生成。然而，有或没有VEGF的PEG水凝胶实验组与对照组之间没有显着差异。进一步证实VEGF在最初的几个小时内从PEG中快速释放，导致VEGF从局部区域相对快速地消失。

负载 BMP2 的 FNPEG 水凝胶促进骨骼生长

研究人员利用成年小鼠构建了骨不连（临界尺寸）半径缺损模型，并证明负载BMP2的FNPEG水凝胶可以促进体内骨骼生长和修复。各组件水凝胶管状支架的骨缺损修复结果显示，随着BMP2的增加，骨生长从FNPEG-到FNPEG+再到FNPEG++增加，FNPEG++组实现骨缺损闭合。番红-O固绿和苏木精组织切片染色结果显示，FNPEG+和FNPEG++ Hydro植入处有大量胶原沉积。