磷酸化壳聚糖在交联剂EDC介导下对牙本质胶原纤维的保护作用及机制研究

这是一篇关于磷酸化壳聚糖在交联剂EDC介导下对牙本质胶原纤维的保护作用及机制研究的思维导图，主要内容包括：对因胶原暴露继而酶解、水解等造成的粘接界面老化进行“治标”，将裸露胶原这一粘接界面的薄弱环节尽可能封闭 (粘接剂的充分渗透或是牙本质矿物质的重新沉积)，从而形成一个稳定的粘接界面复合体，以隔绝内外源刺激，使得酶解、水解等过程没有发生条件，即“治本”，结合方式，磷酸化壳聚糖(PC)。

磷酸化壳聚糖在交联剂EDC介导下对牙本质胶原纤维的保护作用及机制研究

• 对因胶原暴露继而酶解、水解等造成的粘接界面老化进行“治标”
  • 1.稳定胶原，增强脱矿牙本质抵 抗胶原酶作用
    • 引入交联剂。通过其与胶原纤维蛋白分子形成化学键的交联
      • 壳聚糖纳米颗粒在交联剂 EDC的作用下，牢固结合在胶原蛋白分子的三螺 旋结构表面，在分子水平对胶原蛋白进行包裹，以隔离胶原酶与胶原蛋 白分子的接触
  • 2.抑制胶原酶降解，提高牙本质 耐脱矿能力(具有更稳定 的抗酶解能力也就同时具备了缓慢发生矿化的条件)
    • 引入胶原溶解酶的抑制剂。通过抑制胶原酶减少胶原纤维的降解，保护粘接界面的胶原纤维
      • PC骨架的 Cs 具备通过降解MMPs（基质金属蛋白酶），阻断MMPs 与胶原的结合位点，而降低其酶活性的作用。
        • 机制1：粘接界面牙本质中MMPs 在酸性环境中可被激活、启动纤维降解程序，而这层 PC 膜可帮助阻止MMPs 作用于胶原纤维的位点，同时磷酸化壳聚糖的pH值呈碱性，可以中和牙本质有机基质中 MMPs 的活性，从而抑制其所导致的纤维降解
        • 机制2：PC具有锌、钙等金属离子的螯合能力，PC通过螯合锌离子能起到抑制MMPs 降解胶原的作用。竞争性螯合锌离子，使得PC具备保护胶原纤维免受酶解的能力。
• 将裸露胶原这一粘接界面的薄弱环节尽可能封闭 (粘接剂的充分渗透或是牙本质矿物质的重新沉积)，从而形成一个稳定的粘接界面复合体，以隔绝内外源刺激，使得酶解、水解等过程没有发生条件，即“治本”
  • ⭐3.促进钙磷沉积，封闭胶原，促进脱矿牙本质再矿化作用
    • 促进脱矿牙本质再矿化。通过仿生材料的介导使脱矿牙本质的矿物质重新沉积，把暴露的胶原纤维再次封闭起来，防止胶原纤维受内、外源性刺激影响而发生变性降解
      • 机制1：PC可以优化牙本质表面的属性，PC为胶原表面带来极性功能基团而降低界面的自由能，降低水和固相介质之间的界面自由能容易诱导晶体成核，有利于钙磷离子在牙本质表面的沉积。
      • 机制2：PC 的磷酸根使牙本质表面负电荷增高，提高其螯合能力，吸附更多的钙离子，与胶原纤维发生交联的 PC能与钙离子结合形成成核位点
      • 机制3：PC能稳定 ACP（无定形磷酸钙，是通过阻止了 Ca2+与 PO43-直接结合形成磷酸钙沉淀的亚稳态），维持再矿化适宜微环境，同时也为牙本质抵抗脱矿提供保 障。
        • what？在生物矿化过程中，ACP 是牙本质再矿化的前驱体，属于无定形相矿物，具 有类似液体的流动性，能扩散进入胶原纤维蛋白分子的结构空间，在多聚电解质 的调控下聚集于特定位点，然后相变结晶。
        • how？在胶原矿化的过程中，ACP 稳定时间的调控对于纤维内矿物的形成十分重要，ACP 颗粒的稳定性也影响矿化的过程。在非经典的结晶理论中，多聚电解质可将离子稳定为无定形的初始粒子。PC 是一种多聚电解质，除了可以 通过其高度黏着性和静电吸引力将 ACP 运输至胶原表面外， 还能够将 Ca2+与PO3-离子包裹形成ACP 亚稳定结构粘附在胶原蛋白表面。 随着矿化的持续进行，当大量ACP 短时间内渗入胶原的孔区和重叠区时，PC促进了 ACP向 HAP（羟基磷灰石） 的相变，使牙本质脱矿与再矿化的动态平衡向再矿化方向倾斜，让牙本质的胶原纤维有形成再矿化的倾向，而不利于牙本质脱矿的发生。
    • PC具有类似于牙本质生物矿化中非胶原蛋白 (non-collagenous protein，NCPs) 的成核作用，模拟NCPs 诱导矿化过程，调整部分脱矿的牙本质表面胶原，促进钙离子和磷酸根离子的沉积，增强脱矿牙本质的再矿化，阻止牙体硬组织龋损的发生或发展
• 结合方式
  • 表面成膜吸附
    • PC分子与胶原纤维的物理性吸附，以次级键为主的弱相互作用， 包括离子相互作用、范德华力、氢键等
    • PC与胶原纤维结合的稳定性不佳，易受环境的温度、pH值、离子强度等因素影响而导致 PC 脱落，远不如化学交联结合所形成的共价键稳定。
  • 化学交联
    • 将PC与牙本质胶原纤维交联，能形成强韧的纤维链结构，增加了胶原纤维的机械稳定性，使其更能抵抗胶原酶的降解。通过交联的方法把PC共价接枝到胶原纤维上属于一种强联结作用，使这两种分子成为一整体，有助于把PC稳定结合于胶原纤维表面持续发挥抗酶解的作用，而不受环境变化的影响，比单纯依赖静电吸附的“成膜”作用能更稳定的行使功能
  • 化学交联结合之交联剂的作用
    • 交联剂在对脱矿牙本质改性研究中被证实具有提高胶原纤维机械强度、稳定胶原、提高粘接耐久性的作用
    • 能够“牙本质生物改性”：增加牙本质胶原的交联数量，降低胶原生物降解率
    • 按需要引入各种性能的化合物共价结合到胶原 纤维表面，使得脱矿牙本质胶原改性具有更多选择的空间
  • EDC
    • 具有交联效果显著、生物相容性好、价格低廉、低细胞毒性和无着色特性等优点
    • 它引发的交联反应只是促进分子之间的羧基与氨基形成酰胺键, 而本身并没有成为实际交联的一部分，即 EDC 自身并不与胶原结合，不引入额外的分子长度
    • 有效的MMPs 抑制剂
      • 可以通过降低MMPs 的活性位点构象变化或将带负电的羧酸基团变为带正电荷的酰胺来灭活 MMPs 的活性位点。
      • 胶原自身交联使其硬度增加可能会阻止MMPs“解旋”胶原分子，而这种“解旋”对于MMPs 催化位点切割胶原来说是必要的，因而EDC能有效地抑制 MMPs 的酶解活性
• 磷酸化壳聚糖(PC)
  • 1、本课题组使用创新的合成路线得到磷酸化壳聚糖，同时引入磷酸与羧基等活性基团，并保留了氨基基团，极大丰富了磷酸化壳聚糖的活性基团组成。形成可溶性的磷酸化壳聚糖-无定形磷酸钙 (amorphous calciumphosphate，ACP) 纳米配合物，阻止了 Ca2+与 PO43-直接结合形成磷酸钙沉淀从而形成亚稳态的ACP，保持了ACP 尺寸大小及非晶状态
  • 2、通过交联剂 EDC 的介导，与胶原纤维形成共价结合。交联后的磷酸化壳聚糖能够固定在胶原纤维上，增加其稳定性，防止在后续的处理过程中脱落或解离。
  • 3、磷酸化后其对 Ca2+的捕获能力大大加强，and其中的磷酸基团能够与骨组织或牙本质中胶原蛋白分子内氨基酸的羟基之间发生相互作用，增加成核位点的数量，促进磷酸钙盐的沉积和磷灰石晶体生长
  • 磷酸化壳聚糖具有更出色的钙离子螯合能力[10]、牙本质诱导能力[11]、抗菌性[12]以及生物相容性，同时保留了壳聚糖原有的成膜性、缓释性、生物可吸收、pH 敏感性与骨诱导