《AFM》国科大温州研究院周云龙团队：仿生自组装神经肽水凝胶超分子手性-神经系统修复与免疫效应

中枢神经系统的创伤会导致人体出现一系列严重功能障碍，最终可能导致生活质量严重降低甚至死亡。尽管脊髓损伤（SCI）或创伤性脑损伤（TBI）的患病率很高，并且开发神经保护剂的尝试也很多，但SCI或TBI药物治疗的临床试验结果未能尽如人意。活性功能肽自组装材料设计能够复制细胞外基质（ECM）的强大生物功能，在组织损伤修复领域具有重大前景。然而序列的可设计性潜力仍有巨大的探索及提升空间，开发具有低免疫原性、高生物活性的肽基生物材料具有重要意义。同时，氨基酸、多肽以及多肽组装的超分子结构的多层级手性在其生物功能或免疫效应中的影响至关重要。

国科温州研究院周云龙、陈利民、周晓林团队将用于发挥仿生ECM活性的胶原蛋白水解肽序列自组装成具有手性结构的超分子水凝胶（FFFKTTKS/fffkttks）。FFFKTTKS（L型）和fffkttks（D型）超分子水凝胶表现出一致的力学性质、孔隙率和超分子螺旋结构，仅超分子纳米纤维螺旋方向相反。FFFKTTKS和fffkttks水凝胶同样促进了ECM相关基因的表达，并调节了神经细胞粘附、神经元分化和突触再生。值得注意的是，在脊髓损伤动物模型中，与fffkttks相比FFFKTTKS水凝胶显示出更优的神经元再生和运动功能恢复。进一步的研究表明， FFFKTTKS水凝胶免疫反应温和，并表现出适度的抗炎特性。相比之下，fffkttks水凝胶引发了强烈的免疫反应，在体内激活了小胶质细胞中的TNF通路。这些研究强调了特定肽序列的纳米级手性超结构可以有效地调节免疫反应和神经再生，可为基于肽的合成ECM的合理设计提供关键的见解。相关工作“Nervous System Repair and Immunity: Chiral Effects of Biomimetic Self-assembled Neuropeptide Hydrogels”发表于最新一期的《Advanced Functional Materials》。

手性超分子水凝胶的设计及材料表征

原子力显微镜及透射电镜观察可见FFFKTTKS和fffkttk分别自组装成左旋和右旋的直径约为13 nm，节距约为15 nm螺旋纳米纤维。流变分析及水凝胶孔隙结构观察可见FFFKTTKS水凝胶和fffkttks水凝胶具有相似的力学性能和孔隙。

手性超分子水凝胶仿生细胞外基质功能

转录组数据及神经元突触再生实验、神经干细胞分化实验发现FFFKTTKS超分子水凝胶和fffkttks超分子水凝胶均可以促进ECM相关基因的表达，进而调节细胞粘附、分化和再生。并且不同手性的超分子结构在神经细胞粘附、NSCs分化以及神经元突触和棘突再生方面没有差异。作者认为FFFKTTKS和fffkttks超分子水凝胶的仿生ECM功能主要是基于其含有的活性序列KTTKS/kttks的黏附功能，且分子手性及超分子手性并未导致功能差异。

FFFKTTKS/fffkttks水凝胶的超分子手性差异引发不同的免疫反应

小胶质细胞转录组数据、炎症相关指标检测、TNF信号通路阻断实验证明fffkttks水凝胶通过手性超分子结构激活TNF通路，从而导致小胶质细胞M1极化并引发炎症。相比之下，FFFKTTKS水凝胶没有引起类似的反应。推测动物模型实验中脊髓组织中的小胶质细胞被fffkttks超分子激活，TNF信号通路活化，引发剧烈免疫反应，导致脊髓损伤加剧。而FFFKTTKS超分子水凝胶免疫反应温和，在脊髓损伤部位发挥仿生ECM功能，促进脊髓损伤修复。

总结：作者将仿生ECM活性序列以及分子手性、超分子手性结构整合到自组装肽系统中，证明了功能性肽自组装系统在修复中枢神经损伤方面具有巨大潜力，并且深入研究了多肽以及多肽组装的超分子结构的多层级手性在可以调节神经系统的免疫及神经修复中的生物学效应。这项工作将有助于推进合成肽超分子组装系统作为神经修复和再生应用的发展。同时，作者认为引入各种活性序列、不同结构的超分子组装体、更丰富的神经损伤动物模型以及3D培养系统是未来研究的方向，以便探索手性层级生物学效应的普适性规律。

Adv. Funct. Mater. 2025, 2503576. DOI: 10.1002/adfm.202503576