糖肽高分子材料:生物医学的新前沿

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  • 发布时间: 2025-01-02
糖肽高分子材料是一种由多肽与糖类化合物构成的高分子材料,具备模拟天然糖肽/糖蛋白的结构及功能。本文综述了其合成方法、材料设计及在生物医学中的应用,特别是糖肽树形分子,自组装糖肽的设计方法,及其在抗菌、仿生支架和组织修复等领域的应用。同时,展望了该领域的未来发展前景与挑战。

糖肽高分子材料是由多肽和糖化合物组成的一种高分子材料。糖肽高分子材料具有类似于天然糖肽/糖蛋白的化学成分,可以在一定程度上模拟天然糖肽/糖蛋白的结构和功能。本文总结了糖肽高分子材料的合成方法、材料设计及其在生物医学领域的应用,介绍了糖肽树形分子、自组装糖肽和糖肽高分子材料的材料设计,以及糖肽高分子材料在抗菌、抗肿瘤疫苗、仿生支架、组织和软骨修复方面的应用。展望糖肽和高分子材料。
关键字:糖肽高分子材料;自组装;树形分子;抗菌;
多肽是由各种氨基酸按一定顺序通过肽键连接而成,其分子量介于氨基酸和蛋白质之间。多肽材料具有良好的生物相容性和可降解性[1],因为多肽起源于生物体内。 2]。多肽的自组装可以通过调节多肽分子中氨基酸的种类、数量和顺序,或者在氨基酸上修饰不同的官能团来实现。多肽自组装材料比多肽本身具有更高的稳定性和更好的治疗性和靶向性,广泛应用于各种生物医学领域[3-5]。本课题组开发了一系列具有自组装性能的多肽材料,广泛应用于癌症诊断和治疗、细菌感染诊断和治疗[6-8]。
糖是一种存在于自然界的主要生物分子,其结构多样和复杂,具有从能源到生物结构的多种功能[9, 10]。糖对蛋白质的修饰是蛋白质翻译后的主要修饰之一,对于各种关键生物过程(包括蛋白质折叠、运输、细胞粘附、细胞生长和细胞分化等)至关重要[11-13]。蛋白质异常糖基化会扰乱细胞内的识别,这与许多严重的疾病有关,包括癌症和自身免疫疾病。免疫系统主要依靠细胞免疫来消除细胞内病毒和肿瘤细胞的感染,但这类细胞可以利用异常的糖基化结构来避免免疫系统的监测和识别[14, 15]。病毒还利用宿主的糖基化机制组装自己的包膜糖蛋白,从而有助于避免免疫检测[16]。免疫球蛋白GG免疫球蛋白G在自身免疫性疾病类风湿性关节炎和系统性红斑狼疮中(IgG)糖的形状发生了显著变化。IgG聚集的半乳糖基糖型在类风湿性关节炎中被甘露糖与凝集素特异性相结合,因此先天免疫系统可能不适当激活[17]。另外,在肿瘤发展过程中,细胞表面糖的分布发生了显著变化,这似乎与转移状态有关。在生物医学研究与治疗的发展中,糖类丰富的生物学特性越来越受到人们的关注[18-21]。人们在制备均质低聚糖和多糖方面做了许多努力[22-24],以充分利用糖的优点,避免天然材料的缺点。
糖肽高分子材料是糖基基团通过共价键与多肽连接而形成的一种分子。糖肽树形分子是一种典型的支状糖肽高分子材料,通常由树形分子的核、分支单元和末端基团三部分组成,一般为纳米尺度。糖肽树形分子的核心位于分子的内层;核和分子表面之间有设计的氨基酸序列和结构的分支单元;一般来说,由氨基酸组成的末端基团位于分子表面,可以修饰不同的糖基团,产生不同的生物应用。在糖基和受体的相互作用下,大量基团可进行多位点糖基化修饰,发挥多价效应。肽骨架因其易获得性、高化学多样性和良好的生物相容性而受到广泛关注。此外,糖类通过自组装的方式聚集到相关受体中,可以实现多价相互作用[25-28]。所以,糖肽高分子材料的自组装也是一个重要的研究方向。多肽分子可通过氢键、静电相互作用,π-π不同的超分子结构[29-31]由堆积、疏水等分子间作用力组成。糖对多肽的修饰不仅赋予了多肽许多生物功能,而且改变了多肽的结构。自组装糖肽高分子材料中各种糖基团的加入,拓宽了糖肽分子在自组装过程中的氢键功能,增加了自组装糖肽高分子材料的结构稳定性,拓宽了多肽自组装的生物医学应用。
本文总结了糖肽材料的化学合成、设计策略及其在生物医学领域的应用(图1),介绍了糖肽纳米材料的建设策略,讨论了糖肽领域的发展前景和挑战。

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