融合肽(钛无机结合肽-富组蛋白5衍生抗菌肽)涂层抑制钛表面细菌生物膜形成的机制和应用研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31470919
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    75.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1002.生物材料与生物效应
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Biofilm formation caused by oral bacteria adhered to the surface of the titanium implant may lead to peri-implantitis and eventually contribute to failure of the implant treatment, which is one of the difficulties oral medicine currently faced with. Present studies have shown that antimicrobial coatings of titanium surfaces (including inorganic/organic antibacterial agents and antibiotics) are able to avoid bacterial adhesion and prevent biofilm formation. However, several problems still remain, such as cytotoxic, unstable drug loading amount and sustained release time, antibiotic resistance and etc. Thus, antimicrobial peptides(AMPs) are now considered as a kind of ideal anti-biofilm material for its broad-spectrum activity, lower concentration of the onset, less possibility of inducing drug resistance and other advantages. Nevertheless, the current procedure of fixing method, covalent cross-linking, is relatively complicated and is unable to maintain the desired conformation which is indispensible for the antibacterial activity of antimicrobial peptides. To solve these problems, we decide to link the peptide (minTBP1) that can specifically bind to titanium surfaces and the antimicrobial peptides derived from histatin5(dHis5) with a proper linker. These chimeric peptides are expected to elaborate strong antimicrobial ability on titanium surfaces. The goals of our study are as follows: (1)to elucidate the designing rules of chimeric peptides by vesicle models and computer simulations;(2)to explain their binding and antimicrobial mechanisms by biofilm models and animal models;(3)to summarize their rules of inhibiting biofilm formation and promoting osteointegration.
钛种植体表面形成生物膜将引起种植体周围炎,并最终导致种植失败。研究表明钛表面抗菌涂层(装载无机、有机抗菌剂或抗生素)可以抵御细菌粘附阻止生物膜形成,但也存在有细胞毒性、载药量和缓释时间不稳定、产生抗生素耐药性等问题。抗菌肽凭借其广谱抗菌、低浓度起效、低诱导耐药性等优势被认为是理想的抗菌剂。但是,目前用共价交联方法在钛表面固定抗菌肽的过程复杂,不易使抗菌肽保持抗菌活性所需的构象。针对这些问题,我们将一种能与钛表面特异性结合的多肽-钛无机结合肽1(minTBP1)与人唾液中存在的富组蛋白5(His5)的衍生抗菌肽连接,得到具有钛结合端和抗菌端的双功能融合肽,并将其吸附于钛表面达到抗菌作用。本研究将通过囊泡模型和计算机模拟阐明融合肽的设计规律,通过钛表面生物膜模型和动物模型进一步解释融合肽与钛表面结合及抗菌机制,总结其在种植体微环境下抑制生物膜形成和促进成骨的规律,最终获得新型种植体抗菌涂层。

结项摘要

目的:细菌附着及生物膜形成是种植体相关感染的首要病因。生物膜一旦形成则很难消除,其长期存在影响种植体-骨界面形成骨结合,最终导致种植手术的失败。钛种植体表面抗菌涂层修饰成为近年来研究热点。本研究设计通过将抗菌肽与钛结合肽以柔性/刚性连结肽相连接设计新型融合肽,并以融合肽修饰金属钛表面以获得抑菌的生物性能,旨在抑制种植术后生物膜的形成,以期降低种植体周围炎和种植体周围黏膜炎的发生率。材料与方法:通过直接连接及柔性(GGGGS)/刚性(PAPAP)连接肽连接抗菌端(JH8194: KRLFRRWQWRMKKY)和钛结合端(minTBP-1: RKLPDA)构建3种融合肽,并以合成的多肽修饰钛金属表面。通过石英晶体微天平(QCM)、原子力显微镜(AFM)以及X射线光电子能谱(XPS)表征多肽在金属钛表面的吸附学行为,并以激光共聚焦显微镜观察该表面对牙龈卟啉单胞菌的抑菌作用。结果:与无linker的融合肽相比,以linker连接抗菌端和钛结合端构建的融合肽显示出更强的结合性能(p<0.05)。各多肽在钛表面随浓度增加的吸附学行为符合单一Langmiur吸附模型,其随时间变化的吸附学行为符合双项Langmiur吸附模型。同时,有linker的融合肽显示出较柔性者更强的抗菌性能。结论:linker和无机结合肽可以明显发挥融合肽的抵抗专性厌氧菌和结合金属的性能,能够构建有效的双功能融合肽,从而为临床上有效抑制牙种植术后种植体周围生物膜的形成提供了理论基础。同时,本研究也为连结肽的恰当选择和融合肽的合理设计提供了实验依据。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(7)
专利数量(0)
Engineered chimeric peptides with antimicrobial and titanium-binding functions to inhibit biofilm formation on Ti implants
具有抗菌和钛结合功能的工程嵌合肽可抑制钛植入物上生物膜的形成。
  • DOI:
    10.1016/j.msec.2017.08.062
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING C-MATERIALS FOR BIOLOGICAL APPLICATIONS
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Geng, Hongjuan;Yuan, Yang;Gao, Ping
  • 通讯作者:
    Gao, Ping
Asymmetric Collagen/chitosan Membrane Containing Minocycline-loaded Chitosan Nanoparticles for Guided Bone Regeneration.
含有米诺环素负载壳聚糖纳米颗粒的不对称胶原/壳聚糖膜用于引导骨再生
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016-08-22
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ma S;Adayi A;Liu Z;Li M;Wu M;Xiao L;Sun Y;Cai Q;Yang X;Zhang X;Gao P
  • 通讯作者:
    Gao P
钛表面人工肽抑制格登链球菌生长的实验研究
  • DOI:
    10.11958/20150285
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    天津医药
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马勍;张溪;张旭;孙迎春;高平
  • 通讯作者:
    高平
Guided bone regeneration with asymmetric collagen-chitosan membranes containing aspirin-loaded chitosan nanoparticles.
使用含有阿司匹林负载壳聚糖纳米粒子的不对称胶原壳聚糖膜引导骨再生
  • DOI:
    10.2147/ijn.s148179
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International journal of nanomedicine
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Zhang J;Ma S;Liu Z;Geng H;Lu X;Zhang X;Li H;Gao C;Zhang X;Gao P
  • 通讯作者:
    Gao P
Modification of Titanium Substrates with Chimeric Peptides Comprising Antimicrobial and Titanium-Binding Motifs Connected by Linkers To Inhibit Biofilm Formation
用包含通过接头连接的抗菌剂和钛结合基序的嵌合肽修饰钛基底以抑制生物膜形成
  • DOI:
    10.1021/acsami.5b11949
  • 发表时间:
    2016-03-02
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Liu, Zihao;Ma, Shiqing;Gao, Ping
  • 通讯作者:
    Gao, Ping

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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