Biomacromolecules封面 | 内皮细胞启发的血液相容性硅橡胶表面：巧妙调和抗污性能与内皮细胞选择性的艺术

英文原题：Endothelium-Inspired Hemocompatible Silicone Surfaces: An Elegant Balance Between Antifouling Properties and Endothelial Cell Selectivity

通讯作者：刘小莉、陈红（苏州大学）

作者：Qiulian Wu（吴秋联）, Shuaihang Guo（郭帅杭）, Xinyi Liang（梁馨怡）, Wei Sun（孙薇）, Jiao Lei（雷姣）, Lisha Pan（潘丽沙）

血液接触材料的植入常常伴随着血栓形成和内膜增生等不良反应。设计血液接触材料时，必须充分考虑人体血液与材料表面之间复杂的生化反应。天然血管内皮被认为是最理想的抗血栓表面，其中内皮细胞构成了覆盖血管壁内表面的保护膜。内皮细胞在多种生理过程中发挥着关键作用，包括凝血、抑制平滑肌细胞过度增殖以及抗血小板粘附/激活等。模仿内皮细胞的关键特征是开发血液相容性材料的有效手段，但目前人工合成的多功能材料表面仍难以与天然的内皮层媲美。在构建仿内皮表面时，研究人员通常选用抗污组分来抵御非特异性蛋白质吸附，然后引入生物活性分子来提高内皮细胞亲和性。然而，这种策略不可避免地会削弱抗污成分抵抗蛋白质吸附和血小板粘附的能力，引入的生物活性分子也会受其他功能组分的影响，从而导致内皮细胞选择性降低。因此，将这些多样的功能融合到一个材料表面，并达到一个理想的平衡状态，无疑是一项极具挑战性的任务。如图1所示，本研究从内皮细胞的多功能性中汲取灵感，通过表面接枝共聚合的方法，巧妙平衡了抗污特性与内皮细胞选择性之间的矛盾，为血液相容性材料的设计提供了新思路。

图1. 仿内皮多功能材料表面：结合抗污组分、糖胺聚糖类似物和NO释放功能，在抵抗蛋白质吸附、血小板和平滑肌细胞粘附的同时，有效促进内皮细胞粘附、增殖和迁移

本文通过可见光引发聚合技术，将抗污组分单体甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯（OEGMA）与糖胺聚糖类似物单体4-苯乙烯磺酸钠（SS）共聚接枝在聚二甲基硅氧烷硅橡胶表面，随后在这一共聚接枝改性的表面通过共价结合的方式固定NO催化剂硒代胱胺（SeCA）。通过改变共聚单体比例（SS:OEGMA的比值分别为1、3和10），开发了一系列兼具抗污性能、糖胺聚糖类似物功能和NO生成能力的内皮仿生硅橡胶材料表面（S_xO_y-Se，x = 1, 3, 10; y = 1）（图2）。

图2. 内皮仿生硅橡胶材料表面的制备示意图

通过巧妙选择共聚单体（抗污组分单体OEGMA和糖胺聚糖类似物单体SS），并精确调控共聚接枝改性过程中两单体的投料比例，材料表面的抗污性能和内皮细胞选择性两者达到了有效平衡。其中，S₁₀O₁-Se表面的抗污性能最佳（血小板粘附数量降低~90%，平滑肌细胞壁粘附数量降低~93%）。值得一提的是，该表面的抗污性能并未降低其对内皮细胞的选择性，内皮细胞（HUVECs）和平滑肌细胞（HUVSMCs）共培养实验数据显示，S₁₀O₁-Se表面HUVECs/HUVSMCs的比值达到了最佳（~1.7）（图3）。

图3. 内皮仿生多功能材料表面的抗污性能和血管细胞选择性

总结/展望

在这项工作中，作者通过模拟健康内皮细胞层的抗污特性、糖胺聚糖类似物功能和NO生成能力，构建了仿内皮多功能硅橡胶材料表面。通过合理调控抗污单体OEGMA和糖胺聚糖类似物单体SS的投料比，该多功能表面在抵抗非特异性蛋白质吸附、血小板粘附和活化以及平滑肌细胞粘附、增殖和迁移的同时，能够有效促进内皮细胞粘附、增殖和迁移，从而巧妙地实现了抗污性能和内皮细胞选择性间的有效平衡。未来的工作将对该内皮细胞仿生多功能硅橡胶材料的体内植入效果进行评价。

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Endothelium-Inspired Hemocompatible Silicone Surfaces: An Elegant Balance between Antifouling Properties and Endothelial Cell Selectivity

Qiulian Wu, Shuaihang Guo, Xinyi Liang, Wei Sun, Jiao Lei, Lisha Pan, Xiaoli Liu*, Hong Chen*

Biomacromolecules, 2024, 25, 11, 7202–7215

https://doi.org/10.1021/acs.biomac.4c00890 

Published August 27, 2024

© 2024 American Chemical Society

通讯作者信息

刘小莉：苏州大学材料与化学化工学部副教授，苏州大学大分子与生物表界面重点实验室（MacBio）成员，江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养对象，江苏省科技副总，先后担任国际期刊Polymer Chemistry和Colloids and Surfaces B: Biointerfaces编辑助理。2012年6月毕业于武汉理工大学材料科学与工程学院并获得生物材料学博士学位。2012年8月加入苏州大学材料与化学化工学部，并于2015年晋升为副教授。主要研究方向包括：生物材料表面改性及功能化；多功能血液接触材料表面的构建；高分子材料表面的类肝素化研究；微流控芯片材料表面改性及生物功能化。主持完成国家自然科学基金青年科学基金项目1项、国家自然科学基金面上项目2项、省级科研项目2项、江苏省产学研合作项目1项以及企业合作项目1项，共发表SCI论文五十余篇。

陈红：苏州大学材料与化学化工学部教授，国家杰出青年科学基金获得者，英国皇家化学会会士（FRSC），国际生物材料科学与工程学会联合会（IUSBSE）终身荣誉会士，中国生物材料学会会士，Colloids and Surfaces B: Biointerfaces编辑。主持和承担包括国家自然科学基金重点项目、重大国际合作项目、科技部重点研发计划课题等在内的数十余项国家级项目。发表国际期刊论文两百余篇。 

目前为全国医用体外循环设备标准化技术委员会委员、中国生物材料学会生物材料表界面工程分会名誉委员、中国生物材料学会标准工作委员会委员、中国生物材料学会生物材料生物学评价分会常务委员、江苏省化学化工学会理事、江苏省化学化工学会高分子化学与物理专业委员会主任委员、苏州工业园区生物材料表界面工程研究院院长。研究领域：生物医用高分子材料的表面改性与功能化；蛋白质、细胞与材料表面的相互作用；血液相容性材料；生物检测材料；干细胞分化诱导材料；细胞改造及肿瘤免疫治疗。

（本稿件来自ACS Publications）