骨生物材料的生物分子调控矿化研究

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1、第28卷第3期胶体与聚合物Vol.28No.32010年9月ChineseJournalofColloid&polymerSep.2010DOI:10.3969/j.issn.1009-1815.2010.03.014骨生物材料的生物分子调控矿化研究杨春蓉（福建工程学院材料系福建福州350108）摘要：从生物分子调控的水平理解骨的发生和矿化过程，并在此基础上研究骨生物材料的合成策略是该领域突破和发展的关键。通过胶原蛋白、磷蛋白以及蛋白多糖三种生物分子在矿化过程中的调控作用的分析可以发现：胶原蛋白不能完成有机

2、基质调控矿化的全部功能，磷蛋白以及蛋白多糖是胶原内矿物沉积的重要引发剂，对矿化起着活跃的调节作用。此研究的不断深入必将为生物材料高新技术的发展起到重要的推动和支撑作用。关键词：生物分子；生物矿化；骨；调控中图分类号：TQ050.43文献标识码:A文章编号：1009-1815(2010)03-0142-03生物矿化是受细胞、蛋白和基因调控，在特着－氨基在启动矿化成核作用的调节中可能也起[1]定的时间和位点发生的精确的组装过程。该过程着某种作用。由生物分子、矿化调制蛋白和矿化离子输运系统但越来越多的观点认为胶原

3、纤维的规整的三部分决定，因此涉及许多诸如基因调控表达、周期性的孔区仅仅是磷酸钙盐晶体沉积的模板，蛋白质功能、有机－无机相互作用、界面问题、自某些结合在孔区或附近的非胶原蛋白，如磷蛋组装问题等当今交叉学科领域的研究热点。白、糖蛋白以及富含羧基谷氨酸或磷酸和羟基脯在生物材料研究领域，生物矿化材料提供了氨酸的蛋白才是促发和指导矿化的生物分子，它一个材料设计的典范。比如天然骨组织就是一种们提供矿物形核的位点并规范矿物的取向，既能优异的生物矿化材料，其生物矿化过程采取的是与钙离子强配位结合，又能与胶原蛋白骨架形成有机

4、分子调控无机相生长的方式。因此，从生物静电匹配，起到桥接矿物与胶原的作用。分子调控的水平去理解骨的发生和矿化过程，并尽管通常认为非胶原性蛋白是胶原内矿物在此基础上研究骨生物材料的合成策略就成为沉积的重要引发剂，但众多研究者采用胶原微纤该领域突破和发展的关键。维体系、胶原凝胶体系以及重组胶原纤维进行的矿化实验都表明，胶原本身不仅作为矿物晶体的1胶原的调控矿化作用支架，而且起着活跃的调节剂的作用。胶原和矿[2~5]生物分子调制矿化是生物矿化的基本过程。物之间也的确存在一定程度的联系。在一个代表性的骨形成顺序中，

5、骨的形成首先开胶原微纤维的活性作用可能来自于胶原分始于细胞分泌胶原分子及胶原模板在细胞外的子特定的规则集合，以及由它们侧链的特定排列组装，紧接着是矿物在胶原模板上的沉积。而引起的立体化学和电化学影响。Ijima等设计研究了牛跟腱胶原基质的体外矿化实验。他们发现在矿化过程中，有关胶原的作用是有争议胶原微纤维的规则排列与矿物的取向生长之间的。天然骨中发现的羟基磷灰石晶体以片状晶形存在密切的相关性；胶原的电化学性质可以调节态规整地排列在胶原纤维组成的凹槽内，因而传无机离子在基质内的流动，从而影响其矿化行统观点认为

6、胶原在无机物沉积过程中起着晶核的作用，是启动结晶的位点。首先是磷酸根然后收稿日期：2010-04-22是钙离子结合到成核点上。关于成核中心的本质基金项目：福建省教育厅科技计划项目（JK2009021）；已经证明，胶原可以和小量的磷酸根共价结合，福建工程学院科研启动基金项目（GY-Z0854）。并优先和胶原制备物上的丝氨酸残基或羰基结作者简介：杨春蓉（1977-），女，讲师，博士，研究方向为合。胶原肽链中的赖氨酸或羟赖氨酸残基上的生物医用材料；Email：lambmeo@163.com第3期杨春蓉：骨生物材料

7、的生物分子调控矿化研究1432＋为，例如，随着pH值的增大，Ca离子在基质内3蛋白多糖的调控矿化作用3－的扩散能力增加，而PO4离子的扩散能力则下另一类重要的非胶原基质是蛋白多糖，占全[6]降。部非胶原蛋白的10％左右。蛋白多糖是指一个或2磷蛋白的调控矿化作用一个以上的多糖链与蛋白质以共价连接的高分尽管在骨的矿化机制问题上存在一定的分子物质，主要指糖胺多糖与蛋白质共价键连接的歧，但是所有的研究都不约而同的支持这一点：复合体。其分子组成以糖胺多糖为主，蛋白质部生物分子中的羧基和磷酸根基团是促发和调控分所占比例

8、较小。一般认为，糖胺多糖在体内是矿化的有利基团，与钙离子具有较强的亲和力。以蛋白多糖形式起作用的，起主要作用的是糖链Uemura等研究了骨蛋白在细胞与基体的识的特殊结构。人体内常见的蛋白多糖包括透明质别和吸附中的作用。实验结果表明：玉型胶原蛋酸、硫酸软骨素、硫酸角质素和肝素。[7]白在生物矿化的初始阶段起重要作用。但胶原蛋白多糖是一种多阴离子化合物，与钙化存蛋白本身不能完成基质的全部功能,它不能引起在密切的关系。