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心血管植入物材料与人类疾病治疗及生活质量密切相关,但心血管支架的远期通畅率仍有待改善。以血管支架为主的血管植入材料在体内与血液和管壁组织直接接触,对植入部位造成力学损伤,发生的再狭窄以及内皮化速度慢导致的血栓形成是临床中的主要问题。这些问题主要源于植入材料的表面特性,因此临床应用对植入生物材料的表面特性提出了更高的要求。如何对心血管植物入材料表面进行多功能改性,使支架表面具有促内皮化、抗血栓形成、抗炎症及抗内膜增生等功能,是心血管植入材料的开发与应用要解决的重要问题。 VE-钙粘素是一种位于内皮细胞间连接处的内皮特异性粘附分子,通过胞外结构域的相互作用建立内皮细胞之间的粘附连接,在血管生成和维持血管屏障功能中扮演着重要角色。Mfp-5是Dopa含量最高的一种贻贝足丝蛋白,在潮湿环境下对固体表面具有高效粘附力,且生物相容性好。本研究通过构建VE-钙粘素的胞外有效结构域和Mfp-5的融合蛋白VE-cadherin/ Mfp-5(简称VE-M)作为新的生物活性涂层,利用VE-钙粘素对内皮细胞的特异性作用以及贻贝蛋白对基底的强效粘附,以期达到有效加速血管支架内皮化的效果。 本文利用VE-M融合蛋白修饰316L不锈钢表面,通过涂层表征、血液相容性检测、体外内皮细胞与内皮祖细胞的粘附实验、涂层对内皮细胞功能的影响评估及大鼠体内支架植入实验等几个方面对融合蛋白的功能进行了验证。主要的研究内容和结论如下: 1. VE- M融合蛋白的构建与表达。将VE-钙粘素胞外结构域EC1-2与Mfp-5的基因编码序列融合,构建表达载体 PET32a(+)-VE-M,以 E.coli(DE3)为宿主进行诱导表达,镍柱纯化后通过SDS-PAGE凝胶电泳和免疫印迹分析证实得到的目的蛋白是VE-M。 2. VE-M融合蛋白生物活性涂层的制备与表征。以316L不锈钢为基底,利用浸涂法制备融合蛋白涂层,荧光标记直观地呈现出均匀的蛋白涂层效果。SPR 仪追踪涂层形成的动力学过程,证实VE-M牢固有效地粘附在基底表面。AFM检测和水接触角的结果分别显示:VE-M涂层的粗糙度Ra=3.442 nm±0.73 nm,远小于50 nm,VE-M涂层的水接触角为58.9°±4.0°,亲水性较为理想。该研究结果说明VE-M能牢固粘附基底,并且可能具有良好的血液相容性和生物相容性。 3. VE-M融合蛋白涂层的血液相容性检测。在溶血率测试中,316L不锈钢片材涂层蛋白VE-M后的溶血率为1.195±0.470%,远小于国家对生物材料的5%的参考标准。通过血小板粘附实验发现,VE-M涂层上的血小板粘附数量少,也没有出现明显的伪足和聚集粘连状态。该研究结果证明 VE-M 融合蛋白具有良好的血液相容性。 4. VE- M融合蛋白对内皮细胞与内皮祖细胞粘附的影响。细胞粘附实验结果显示,VE-M涂层上粘附的内皮细胞及内皮祖细胞分别是316L不锈钢裸片材上的5.5倍和1.8倍,也显著多于其他涂层上黏附的细胞。抗体中和实验证明VE-M对内皮细胞粘附的促进作用是通过融合蛋白的 VE-钙粘素胞外结构域与内皮细胞的VE-钙粘素胞外结构域相互作用而实现的,随后的免疫荧光染色、定量 PCR 和免疫印迹检测到 VE-M 涂层上的内皮细胞内源性 VE-钙粘素表达增加,进一步佐证了VE-M具有促进内皮细胞粘附的作用。该研究结果表明VE-M能特异地通过VE-钙粘素胞外结构域的相互作用有效促进内皮细胞和内皮祖细胞的粘附。 5. VE-M融合蛋白对内皮细胞增殖和功能的影响。细胞增殖活性的检测结果显示,VE-M涂层上Ki67+细胞与裸片材上相比显著增多。细胞骨架的荧光染色、内皮细胞通透性检测和紧密连接蛋白的定量PCR结果均表明VE-M涂层上的内皮细胞之间连接更紧密。ELISA检测到VE-M涂层上细胞的eNOS表达明显升高,并且不同涂层上单层内皮细胞粘附的THP-1没有显著性差异。该研究结果表明VE-M融合蛋白有利于内皮细胞的增殖和紧密连接,且不会增加内皮细胞的炎症。 6. VE-M融合蛋白涂层支架的动物实验。支架植入大鼠腹主动脉后,支架表面的en face免疫荧光染色显示:与对照组相比,VE-M涂层支架在相同时间能粘附更多内皮祖细胞和覆盖更广的内皮层,并且覆盖的内皮细胞形态和功能更接近生理状态。石蜡切片HE染色结果说明VE-M涂层上内膜新生较快,增生厚度较薄,并具有良好的生物安全性。SEM检测证明VE-M涂层支架上修复的内皮具有较好的功能。该研究结果表明 VE-M 融合蛋白能加速血管支架的内皮化,并且修复的内皮功能较完整。