华东理工刘昌胜院士/屈雪教授团队《ACS Nano》：电信号启动胶原蛋白动力学组装，构建光学透明和结构可定制的人工角膜

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角膜移植是修复受损角膜的一种有效方法，但临床供体严重不足，因此亟待开发新型人工角膜替代物(ACSs)。胶原蛋白作为天然角膜组织的结构基石，是制造ACSs的最理想材料，但其自发的热力学组装使得高透明性胶原ACSs的制备难以实现。

近期，华东理工刘昌胜院士/屈雪教授团队与复旦大学附属眼耳鼻喉科医院孙建国副教授合作，报道了一种电组装技术，通过在纳米尺度上控制胶原蛋白组装动力学，构筑具有优良光学结构的胶原蛋白ACSs （KEA-Col）。其内部由直径约10 nm的微原纤维以局部取向且高度致密的方式排列组成，这种微结构通过减少光散射获得了超过90%的光透射率。此外，该方法可以创建复杂的三维几何形状，满足个性化ACSs定制要求。体外实验证明KEA-Col能促进角膜细胞生长和迁移。体内实验通过建立兔板层角膜切除术角膜创面模型表明，定制化KEA-Col能够适应角膜缺损形状，支持上皮层愈合和基质整合重建。与商品化的异种人工角膜相比，KEA-Col免疫反应轻，血管化不明显，具有良好的临床应用前景。本工作展示了电信号调控生物大分子组装的巨大潜力，将为基于胶原蛋白的新型生物材料的定制开发提供新机遇。具体成果以“Electrical Signal Initiates Kinetic Assembly of Collagen to Construct Optically Transparent and Geometry Customized Artificial Cornea  Substitutes”发表在《ACS Nano》。

图1. (A)人类角膜结构。角膜基质层由直径小而均匀(22.5 nm ~ 35nm)的胶原原纤维紧密排列成片状多层，每层约有200个原纤维平行排列，并垂直于相邻片层中原纤维的排列方向。这种特殊的空间组织充当衍射栅栏，为角膜提供优越的光学。(B)胶原蛋白动力学电组装示意图。阴极电信号产生的pH变化触发胶原三螺旋分子进行快速动力学组装，形成纳米级胶原微原纤维(直径约10 nm)，从而减小光散射，提高透明度并降低雾度。(C)定制的阴极电极可加工具有特定曲率的KEA-Col作为人工角膜替代品ACSs，用于缺损角膜的上皮化和基质重建。这种个性化的ACSs满足屈光要求，有助于患者术后视力快速恢复。

论文的第一作者为华东理工大学雷淼博士，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院张少华博士为共同第一作者。论文第一单位为华东理工大学。该研究工作得到了国家自然科学基金创新群体项目、重点项目、优秀青年基金项目等资助。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c02291

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