基体材料及溶出离子对rhBMP-2结构和活性的影响

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rhBMP-2因其优异的骨诱导特性,被越来越多的应用于骨修复材料的活性化修饰。然而,目前为止,对于基体材料中掺杂的离子以及材料中溶出离子对rhBMP-2的结构与活性影响缺乏深入的认识。为此,本研究以生物材料中的活性元素锶为主要研究对象,从游离Sr2+与掺杂Sr两个角度来研究其与rhBMP-2的相互作用,分析其对rhBMP-2活性调控的影响机理;同时研究了纳米粒子的曲率对rhBMP-2结构和活性的影响规律。得到的主要结论如下:  (1)游离Sr2+对rhBMP-2的活性影响:Sr2+与rhBMP-2具有较强的结合力,形成Sr-rhBMP-2复合物,导致rhBMP-2二级结构中的β-折叠构象增多,蛋白活性位点被包埋,从而降低了rhBMP-2与BMPR-IA受体的结合能力以及后续的Smad信号通路分子的表达,最终抑制了rhBMP-2的成骨分化能力。  (2)掺杂Sr对CPC表面rhBMP-2的活性影响:本研究以CPC为模型载体,SrCO3以物理掺杂的方式掺入CPC支架(记为SCPC),研究发现掺杂Sr与游离Sr2+对rhBMP-2的影响截然不同,SrCO3掺入量为5%~10%的SCPC增强了rhBMP-2与BMPR-IA受体的结合效率以及细胞内BMPR-IA的受体表达量,激活Smad/p-Smad1/5/8信号通路,促进成骨相关基因的表达,从而提高rhBMP-2的诱导成骨活性。  (3)不同粒径的SiO2纳米粒子对rhBMP-2吸附行为及生物活性的影响:本研究以20nm、60nm和100nm SiO2纳米粒子(分别记为SNP20、SNP60、SNP100)为材料模型,结果发现,在SNP20的吸附过程中“side-on”的形式起主导作用,rhBMP-2构象有较大改变,导致其细胞实验中所显示的低生物活性;在SNP100中更易发生“end-on”形式吸附,引起rhBMP-2构象的改变最小,但其生物活性却低于SNP60,这一结果可能是由于SNP100的空间位阻效应,阻碍了与细胞膜受体结合的活性位点的暴露,从而导致了其生物活性降低。至于SNP60,rhBMP-2则以“side-on”和“end-on”混合形式存在。
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