【正文】 者過渡型結(jié)構(gòu)．2．2釉原蛋白的超分子自組裝牙釉組織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)與成釉質(zhì)細(xì)胞的活動(dòng)和釉質(zhì)基質(zhì)蛋白的特性密切相關(guān)．釉柱的發(fā)生及規(guī)則排布是細(xì)胞直接調(diào)控的結(jié)果，而納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建是通過以釉原蛋白為主要成分的釉質(zhì)基質(zhì)的介導(dǎo)完成的，尤其是磷灰石晶體的獨(dú)特形貌、尺寸、擇優(yōu)取向及規(guī)則組裝．發(fā)育初期的牙釉組織中有機(jī)基質(zhì)含量約占三分之一，其中90％為釉原蛋白．全序列釉原蛋白分子富含脯氨酸、谷氨酸、組氨酸及亮氨酸，主體疏水性較強(qiáng)，而羧基端的十幾個(gè)氨基酸序列具有較高的親水性并存在帶電基團(tuán)的富集．目前對(duì)該蛋白分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還很有限，部分原因在于其具有較強(qiáng)的團(tuán)聚特性．研究表明釉原蛋白可自組裝成為直徑幾十個(gè)納米的球狀團(tuán)聚體，這種“納米球”結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是發(fā)育期牙釉組織細(xì)胞外基質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元蛋白中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)該蛋白可通過分子的逐級(jí)組裝形成多聚體，“納米球”及“納米球鏈”，直至具有雙折射特性的微米尺度的條帶狀高級(jí)結(jié)構(gòu)L30捌J，以這種“微條帶”為礦化模板在體外構(gòu)建了高度取向的磷灰石晶體的平行規(guī)則排布，形貌上與發(fā)育期的釉柱結(jié)構(gòu)有一定的相似性Ⅲ]，由此揭示了釉原蛋白自組裝形成的“納米球鏈”結(jié)構(gòu)在牙釉礦化早期晶體的取向形核中起著重要調(diào)控功能∞1。．理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明釉原蛋白單體具有不對(duì)稱的雙極性分子結(jié)構(gòu)，其富集電荷的親水羧基端保持較自由的結(jié)構(gòu)，分子流體力學(xué)半徑為2．2nm，單體分子通過疏水相互作用形成二聚體、三聚體及六聚體等，進(jìn)而組裝成為半徑10～25nm的“納米球”，以“納米球”為單位可構(gòu)建多種更高層級(jí)的結(jié)構(gòu)，其中以lO～15個(gè)“納米球”線性排列組裝成的“納米球鏈”結(jié)構(gòu)可以使團(tuán)聚體的體積最小化，因而對(duì)于釉原蛋白這樣的疏水性分子在水溶液環(huán)境中保持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是較為有利的．“納米球鏈”進(jìn)一步的側(cè)向結(jié)合最終組裝成為微米級(jí)的條帶結(jié)構(gòu)，而釉原蛋白分子的雙極性特性對(duì)這些結(jié)構(gòu)的形成、穩(wěn)定及有序化重構(gòu)具有重要作用．目前多個(gè)研究小組正在致力于闡明上述釉原蛋白分級(jí)組裝過程中的驅(qū)動(dòng)力、分子內(nèi)和分子間相互作用及影響因素．2．3釉質(zhì)基質(zhì)蛋白與礦物的相互作用釉原蛋白的親水羧基端端肽對(duì)于分子與礦物相的相互作用非常重要．研究顯示，該段氨基酸序列被酶解去除后的釉原蛋白易于形成較大的團(tuán)聚體，而與磷灰石的親和性則顯著降低Ⅲ1．體外礦化的實(shí)驗(yàn)表明，該段序列對(duì)于從過飽和溶液中沉積的磷灰石晶體形成有取向的集束狀結(jié)構(gòu)是必不可少的p5|．在人類的釉原蛋白分子中，位于該片段的遺傳缺陷可導(dǎo)致稱之為釉質(zhì)發(fā)育不全的疾病的產(chǎn)生∞引．根據(jù)生物礦化的一般性原則，該片段序列上帶電基團(tuán)的富集使其成為潛在的礦物形核功能位點(diǎn)，但相關(guān)機(jī)理目前還不清楚．釉原蛋白對(duì)礦物相的作用還體現(xiàn)在對(duì)晶體形貌的影響上．若干體外礦化實(shí)驗(yàn)均表明釉原蛋白可以增大磷酸八鈣晶體的長徑比，使原本片狀的磷酸八鈣晶體長成具有條帶狀的形貌，并且這種影響與蛋白劑量呈正相關(guān)舊7。38J，這種作用被認(rèn)為是與釉原蛋白的疏水特性有關(guān)，導(dǎo)致蛋白與晶體不同晶面的相互作用產(chǎn)生差異，由于釉原蛋白在磷酸八鈣晶體的(010)晶面上的強(qiáng)吸附使得晶體在對(duì)應(yīng)晶向上的生長受到抑制，從而改變了晶體的形貌,釉蛋白是釉質(zhì)基質(zhì)中的酸性非釉原蛋白，與磷灰石有高度的親和性，有可能在牙釉礦物的形核中起著關(guān)鍵作用，體外實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明釉蛋白可以與釉原蛋白協(xié)同作用，促進(jìn)磷灰石的形核舊引．另一種重要的非釉原蛋白——成釉蛋白具有鈣結(jié)合位點(diǎn)，但其在礦化過程中所起的作用仍有待研究．3磷酸鈣系生物醫(yī)用材料的仿生合成以羥基磷灰石為代表的磷酸鈣陶瓷因?yàn)榕c骨骼和牙齒中礦物相的化學(xué)成分相近而成為備受重視的硬組織替代材料．這類生物活性材料具有優(yōu)異的骨傳導(dǎo)性能，并能夠與骨組織形成化學(xué)鍵合，一般認(rèn)為其鍵合機(jī)理是因?yàn)樵诓牧媳砻嫘纬梢粋€(gè)生物活性的無細(xì)胞層，其中富含磷酸鈣、粘多糖及糖蛋白，為膠原和骨礦的沉積提供了適宜環(huán)境．但傳統(tǒng)生物活性陶瓷材料的一些內(nèi)在弱點(diǎn)也限制了其應(yīng)用，并促使人們發(fā)展先進(jìn)的材料制備技術(shù)以獲得性能更為優(yōu)越的替代材料．基于對(duì)天然生物礦化過程和機(jī)理的認(rèn)識(shí)，利用生物結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)，或者通過構(gòu)建與生物結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)相類似的人工體系，模擬礦化過程，合成與天然生物礦化材料在成分、結(jié)構(gòu)、過程控制、功能表達(dá)上均相似的人工材料，是仿生材料合成的一個(gè)重要研究內(nèi)容．Mann將生物體內(nèi)的礦化過程歸納為四個(gè)階段．近年來磷酸鈣系生物醫(yī)用材料的仿生制備研究已有很多．應(yīng)用天然生物大分子及合成有機(jī)高分子材料作為模擬礦化的基質(zhì)或模板，以構(gòu)建結(jié)構(gòu)上類似生物礦物的復(fù)合材料或復(fù)合薄膜材料．如stupp等合成了命名為有機(jī)磷灰石的生物材料H2躬1，通過短肽或聚電解質(zhì)等控制磷灰石的形核及生長，獲得納米尺度的羥基磷灰石晶體，有機(jī)分子鏈段可嵌在礦物晶格中，盡管有機(jī)成分只有2％～3％的含量卻可改善材料的機(jī)械性能，植入體內(nèi)顯示了優(yōu)異的骨傳導(dǎo)性能．該小組還合成了多肽雙親分子ⅢJ，一端為疏水的烷基鏈，另一端為具有帶電基團(tuán)的短肽序列，這種分子在特定條件下可自組裝成為納米纖維，形貌上模擬了膠原纖維，并且通過選擇合適的短肽序列，在體外礦化的條件下可獲得類似骨中礦物相擇優(yōu)取向生長的羥基磷灰石晶體．磷酸鈣一膠原復(fù)合材料的仿生合成工作受到較大關(guān)注，特別是利用膠原自組裝過程結(jié)合共沉積技術(shù)模擬礦化膠原纖維的分級(jí)結(jié)構(gòu)．汪日志等通過共沉積方法獲得了納米磷灰石晶體在膠原基體內(nèi)的均勻分布．張偉等使用不同配比的單體膠原和鈣磷溶液，通過對(duì)pH值或溫度的控制來引發(fā)膠原自組裝成為纖維的過程，同時(shí)伴隨納米磷灰石晶體的形成，觀察表明礦物的晶體學(xué)c軸擇優(yōu)取向平行于膠原纖維長軸新骨組織在其表面上的傳導(dǎo)性生長，其表現(xiàn)與骨組織的生理性重塑過程具有組織學(xué)形態(tài)上的相似性．天然生物硬組織中礦物相的納米結(jié)構(gòu)對(duì)于其力學(xué)性能和生物學(xué)功能極為重要，而有機(jī)分子或模板的調(diào)控是形成特殊納米結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵．這一認(rèn)識(shí)對(duì)目前新型生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展具有很大的指導(dǎo)意義．眾多研究應(yīng)用水熱法、溶膠一凝膠法等結(jié)合有機(jī)分子或表面活性劑的模板作用能夠可控制備多種納米結(jié)構(gòu)的磷灰石及生物活性玻璃m卸1．應(yīng)用模擬體液進(jìn)行的體外骨與牙齒是蕈要的生物礦化組織，并與人類健康息息相關(guān)．對(duì)骨和牙齒組織的深入研究，將進(jìn)一步理解生物礦化過程的普遍機(jī)理，進(jìn)而可提供材料合成的仿生策略，以制備與天然組織更為匹配的仿生生物醫(yī)用材料，應(yīng)用于人體硬組織缺損的修復(fù)．參考文獻(xiàn)：[1]Mann s．Biomimetic Materials cheⅡIis町．New YorI【：John wiley ∞d son8．1995．[2]Heuer A H，F(xiàn)ink D J，LaJ越a V J，et nz．．Sb如，l凹，1992，255(50鵪)：10981105．[3]stupp s I，Bmun P V．sc切肼，1997，277(53∞)：1242一1248． [4]Shenton w，Pum D，sIeytr u B。甜以№fI‘陀，1997，鯧9(6醪1)： 585587．[5]weiner s，wa印er H D．A?、颍觯馑欢ⅲτ?，1998，船：271． 298． [6]Rho J Y，Kuhnspe“ng L，zi嘰p∞P．壇斌．％Ph聲．，1998，20(3)：92一102．[7]MaIln s．Bi鯽ineralization：Princi“es明d concepts in Bioino呼“c Materials Chemistly．New Yorl【：Od酬Unive瑪ity P慨s，2001． [8]Rey c，couin8 B，Goelll T，以耐．c礎(chǔ)衫7缸w艦，1989，船(3)：157一164．[9]kwenst鋤H A，weiner s．orI Bi伽inemlizati∞．N洲York