生物活性是新一代生物醫(yī)用材料的主要發(fā)展趨勢(shì)之一，而大多數(shù)人體組織都是軟組織，因此開發(fā)能夠匹配軟組織力學(xué)性能，且具有特定生物活性的軟物質(zhì)是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，具有巨大的應(yīng)用前景。合成高分子材料是一種理想的軟物質(zhì)。然而，大多數(shù)合成高分子是生物惰性的，無(wú)法與細(xì)胞或組織實(shí)現(xiàn)有效的生物交互，因此如何賦予高分子生物活性是一個(gè)重要的課題。目前，構(gòu)筑生物活性高分子的主要策略是整合生物活性分子，如蛋白質(zhì)、基因。然而，這些生物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)反應(yīng)環(huán)境和加工條件相對(duì)敏感且易失活，因而限制了其大量應(yīng)用。
生物彈性體即生物相容且生物可降解的高分子彈性體(Bioelastomer)，是近年來(lái)磅礴興起的一類重要的生物材料，在組織工程、體內(nèi)傳感、藥物緩釋具有巨大的應(yīng)用前景。東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室游正偉教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于生物彈性體研究(Adv.Healthc.Mater.2019,DOI: 10.1002/adhm.201900065;Adv.Healthc.Mater.2019,DOI:10.1002/adhm.201801455; Mater.Horiz.2019, 6, 394; ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 20591, Biomaterials 2010, 31, 3129-3138)。近年來(lái)致力于通過(guò)設(shè)計(jì)特定的小分子功能基來(lái)賦予彈性體生物活性，希望通過(guò)抽象出簡(jiǎn)單的化學(xué)本質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)控復(fù)雜的生物界面。他們將生物活性小分子——磷酸和乙酰膽堿引入高分子側(cè)鏈，成功制備了具有成骨活性(J. Mater. Chem. B, 2016, 4, 2090)和神經(jīng)活性(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 9590)的高分子，由于是采用小分子，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，避免了通常生物活性分子在制備和加工過(guò)程中的易失活問(wèn)題。
圖1. PGSM-Mg生物活性雜化軟物質(zhì)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
金屬離子廣泛地存在生物體內(nèi)，在參與生命體系中的多種化學(xué)反應(yīng)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等重要生理活動(dòng)方面起著至關(guān)重要的作用。近年來(lái)，越來(lái)越多的報(bào)道證明金屬離子具有良好的生物活性，被廣泛地用于生物活性無(wú)機(jī)材料的制備，但是這些材料相對(duì)較“硬”，難以與軟組織相匹配。據(jù)此，游正偉教授團(tuán)隊(duì)提出利用金屬離子作為活性因子，在分子層面上將金屬離子和高分子化學(xué)鍵合賦予高分子材料生物活性的新策略。該策略能夠很好地融合金屬離子和高分子各自的特點(diǎn)，方便地構(gòu)筑兼具二者優(yōu)點(diǎn)的新型生物活性軟物質(zhì)。其一，與敏感的生物活性因子如蛋白質(zhì)和基因相比，金屬離子比較穩(wěn)定，可以耐受高溫高壓等惡劣的加工條件，能在通常的情況下方便地存儲(chǔ)，在復(fù)雜的體內(nèi)環(huán)境中能較好保持活性。其二，材料主體是高分子，能夠提供和軟組織相匹配的力學(xué)性能、柔性和易加工性。作為該策略的實(shí)施例證。他們以鎂離子（Mg2+）和聚（甘油-癸二酸-馬來(lái)酸酯）（PGSM）為模型，制備了新型神經(jīng)活性的雜化材料（PGSM-Mg），其可用作可注射材料，也可方便地制造成彈性多孔三維支架，具有和軟組織匹配的力學(xué)性質(zhì)。
該設(shè)計(jì)原理和合成路線具有普適性，可以應(yīng)用于多種多樣的不同生物功能的金屬離子和不同力學(xué)等性能的高分子。該策略將為生物活性軟物質(zhì)的設(shè)計(jì)和制備開辟新思路，提供有力的工具，研制出一系列新型生物材料，實(shí)現(xiàn)新的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
相關(guān)研究成果以“Molecularly engineered metal-based bioactive soft materials - Neuroactive magnesium ion/polymer hybrids” 為題發(fā)表在國(guó)際知名生物材料期刊《Acta Biomaterialia》上。東華大學(xué)博士生孫利杰為該論文的第一作者，游正偉教授為該論文的通訊作者。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金等的大力支持。
