基于多结构域协同仿生设计的可注射弹性蛋白样水凝胶在脂肪组织再生中的应用

为解决传统组织填充剂免疫原性高、机械性能不可调的问题，天津大学研究团队设计了一种新型"多结构域协同弹性蛋白样"(MDCE)重组蛋白。该材料通过整合热响应性弹性蛋白样肽段(无序结构域)、聚丙氨酸富集区(功能有序结构域)和两性离子多肽(亲水结构域)，实现了原位可注射、抗污及模量可调的特性。动物实验证实其能稳定填充脂肪缺损3个月，且脂肪干细胞存活率>80%，为面部年轻化等医学再生领域提供了创新解决方案。

　　

脂肪组织再生领域长期面临传统填充材料机械性能与生物相容性难以兼顾的挑战。商业化的动物源弹性蛋白存在免疫排斥风险，而合成高分子材料又缺乏天然细胞外基质的生物学功能。如何开发兼具可注射性、长期稳定性和细胞亲和性的仿生材料，成为组织工程领域亟待突破的瓶颈问题。

天津大学化工学院生物化工系的研究团队在《Biologicals》发表创新研究，受天然弹性蛋白启发，设计出革命性的"多结构域协同弹性蛋白样"(Multiple-Domain-Collective Elastin-like, MDCE)重组蛋白。该材料通过分子层面的多结构域协同设计，首次实现了无需化学交联剂的原位凝胶化，其组织模量可精确匹配脂肪组织特性，为临床脂肪缺损修复提供了理想解决方案。

研究采用三大关键技术：1) 基因重组技术构建含弹性蛋白样肽段(ELPs)、聚丙氨酸和两性离子多肽的嵌合蛋白；2) 温度响应性自组装形成三维网络；3) 大鼠脂肪缺损模型评估体内性能。通过这种模块化设计，MDCE蛋白的无序结构域(弹性蛋白样肽段)赋予温度响应性，有序结构域(聚丙氨酸)提供机械支撑，亲水结构域(两性离子多肽)则实现抗污功能。

【材料设计与表征】

研究证实MDCE水凝胶具有独特的相变行为，在生理温度下自发形成纳米纤维网络，储能模量(G')可达1.2-15 kPa可调范围，完美匹配脂肪组织力学特性。流变学测试显示其具备剪切稀化特性，注射后能迅速恢复凝胶状态。

【体外生物相容性】

脂肪干细胞(ASCs)封装实验显示，MDCE水凝胶能维持>80%细胞存活率达9天以上。共聚焦显微镜观察到细胞在三维网络中保持典型纺锤形态，表明材料提供良好的生存微环境。

【体内性能评估】

在大鼠模型中，MDCE组较牛源弹性蛋白表现出显著优势：炎症因子(IL-6、TNF-α)水平降低60%，3个月后体积保留率达85±7%。组织学分析显示新生血管密度增加2倍，且无纤维囊形成，证实其优异的生物整合能力。

该研究突破性地解决了组织填充材料"可注射性-稳定性-生物相容性"难以兼得的三角悖论。MDCE蛋白的创新设计策略为个性化医疗提供了新思路：通过调整各结构域比例，可定制适应不同组织的力学-生物学特性组合。特别值得注意的是，材料完全避免化学交联剂的使用，从根本上消除了小分子毒性风险。这项成果不仅为面部年轻化等美容医学提供更安全的选择，更为复杂组织器官的再生修复开辟了蛋白基材料的新范式。