浙江大学计剑、张鹏团队ACS Nano | “惰性”白蛋白表面实现优于特异性配体的超高细胞选择性

英文原题：Bioinert Albumin Surface Enables Ultra-High Vascular Cell Selectivity Superior to Specific Binding Ligands

通讯作者：计剑、张鹏（浙江大学）

作者：Yifeng Chen⊥（陈怡峰）, Hongye Hao⊥（郝鸿业）, Yijing Yin（尹依静）, Xianchi Zhou（周咸池）, Zuolong Liu（刘作龙）, Yuxian Lai（赖钰娴）, Xingwang Wang（王兴旺）, Cong Wang（王聪）, Jing Wang（汪璟）, Peng Zhang*（张鹏）, and Jian Ji*（计剑）

心血管疾病是全球头号健康杀手，心血管植入器械则是治疗的主要工具。但器械植入过程往往会损伤血管内皮层，刺激平滑肌细胞过度增殖，从而引发术后再狭窄和晚期血栓形成等问题，严重制约了临床疗效。因此，赋予材料优异的内皮细胞选择性以促进原位内皮化至关重要。为了实现这一目标，众多不同的表面修饰策略被提出，如药物负载、抗体固定、多肽修饰、基因递送和一氧化氮释放等。但这些策略所实现的选择性效果不佳，其内皮细胞与平滑肌细胞的粘附密度之比（EC/SMC）往往不超过10，无法保证后续增殖过程中EC的绝对竞争优势，难以实现完整内皮化。另一方面，这些策略步骤繁琐，且受限于生物活性分子的不稳定性。因此，亟待开发一种兼具高EC选择性和稳定性的新型表面修饰策略。

近日，浙江大学计剑教授和张鹏研究员团队在ACS Nano 上发表了研究论文，报道了一种仅通过简单的表面血清白蛋白修饰即可实现超高EC选择性的策略。血清白蛋白涂层一直以来被认为是赋予材料表面生物相容性的惰性表面修饰技术，该论文首次报道了白蛋白惰性表面所具备的超高细胞选择性及组织诱导再生能力。

首先，如图1所示，该研究利用硅烷偶联技术，在基底上修饰了不同接枝密度的白蛋白涂层；通过细胞共培养实验验证了EC选择性效果的存在，并筛选出了效果最佳的表面，其EC/SMC比值超过了200，远超已报道的所有策略。

图1. EC选择性白蛋白涂层的制备与筛选

进一步地，如图2所示，该研究将EC选择性多肽REDV作为对照组，研究了不同表面的体外细胞行为。结果发现，相比于REDV表面，白蛋白涂层表面可以更好地抑制SMC的增殖和迁移，而对EC的增殖和迁移不产生明显的抑制效果。因此，白蛋白涂层表面最终形成了结构更加完整、功能更加优越的内皮层。

图2. 不同表面上的体外细胞行为

为了探究上述EC选择性的内在机理，如图3所示，该研究首先在有无血清的培养基中进行了细胞共培养实验，结果发现，血清蛋白在EC选择性中发挥了重要作用。随后，该研究引入了物理吸附的白蛋白涂层作为对照，分析了不同表面的蛋白吸附和置换情况。结果表明，化学接枝白蛋白表面可以有效抵抗血清蛋白的吸附和置换，而同时，其表面仍有少量的间隙可用于小分子蛋白的吸附，这可能为后续的细胞粘附提供了位点。而细胞粘附形态的观察结果表明：在玻璃表面，EC均匀铺展，黏着斑均匀分布，肌动蛋白无规分散；而SMC呈纺锤形，黏着斑主要集中在细胞两端，肌动蛋白高度取向。在白蛋白表面，EC呈八爪鱼状粘附，细胞铺展面积明显减小；而SMC几乎收缩成球形。这些结果表明，细胞内收缩力的差异可能是导致选择性的内在因素。肌球蛋白是细胞收缩的分子马达，Blebbistatin是肌球蛋白抑制剂。抑制肌球蛋白后，SMC在白蛋白表面的铺展面积和粘附密度都显著增加。进一步的荧光定量结果表明，SMC的肌球蛋白表达量显著高于EC，具有更强的内收缩力。因此，在粘附位点稀少的白蛋白表面，SMC难以有效粘附和铺展，从而实现了EC选择性。

图3. 白蛋白涂层产生EC选择性的机理分析

为了进一步验证其应用潜力，如图4所示，该研究将白蛋白涂层修饰到心血管植入器械中常用的316L不锈钢基底上，通过优化制备浓度，同样获得了优异的EC选择性。同时，该白蛋白涂层具有优异的抗凝血效果。进一步的细胞共培养实验表明，不同种属来源的白蛋白涂层均具有类似的EC选择性。

图4. 316L不锈钢基底上的EC选择性白蛋白涂层优化及其抗凝血效果验证

最后，该研究将白蛋白修饰的不锈钢丝植入到大鼠腹主动脉，以评估其体内效果。图5的结果表明该白蛋白涂层可以有效减少新生内膜的横截面积，并可以在抑制SMC增殖的同时，实现表面的原位内皮化，从而有效抑制内膜增生。

图5. EC选择性白蛋白涂层的体内效果评估

总结/展望

该研究利用简单的硅烷偶联技术将“惰性”白蛋白修饰到材料表面，实现了超高的EC选择性，其EC/SMC比值远超已报道的所有策略。进一步的观察表明，该白蛋白涂层可以选择性抑制SMC的粘附、增殖和迁移，并促进EC的生长。机理分析证明，上述选择性效果来源于白蛋白表面粘附位点的稀缺性和细胞粘附行为的固有差异。而大鼠腹主动脉植入模型则进一步证明了上述白蛋白涂层抑制内膜过度增生和促进原位内皮化的应用潜力。这种简便且多功能的白蛋白涂层为心血管植入器械的疗效提升提供了有效的手段和宝贵的思路。

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Bioinert Albumin Surface Enables Ultra-High Vascular Cell Selectivity Superior to Specific Binding Ligands

Yifeng Chen, Hongye Hao, Yijing Yin, Xianchi Zhou, Zuolong Liu, Yuxian Lai, Xingwang Wang, Cong Wang, Jing Wang, Peng Zhang*, Jian Ji*

ACS Nano 2025, 19, 25, 23209–23222

https://doi.org/10.1021/acsnano.5c05293 

Published June 20, 2025

Copyright © 2025 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）