一度被拒稿的论文登上Nature，“光补实验就补了两年”水凝胶！实现体内软骨再生

来源 | 科学网、材料学网

在 2015 年，22 岁的傅凌岚以勃勃雄心抵达加拿大不列颠哥伦比亚大学，成为李宏斌教授的博士研究生。尽管她的专业背景是高分子材料，但当时她对生物学的理解仅限于高中水平。然而，仅用了 8 年的时间，她已华丽转身，成为了国际著名抗癌药物研发公司的一员，为全球人们的生命健康贡献力量。

就在不久之前，傅凌岚在李宏斌课题组开展的一项研究被发表在 Nature 杂志上，这项成果有望为无数患者带来福音。傅凌岚表示，她非常喜欢她现在所做的一切。

李宏斌教授对八年前那个年轻的、寻求面试机会的女孩记忆犹新。他回忆起第一次见到傅凌岚时，就被她深深吸引。很多像她这样的化工材料背景的学生，在得知要在博士阶段从零开始学习分子生物学时，往往会感到有些害怕。但傅凌岚与众不同，她对李宏斌教授说，她愿意接受新的挑战。

一度被拒稿的论文登上Nature，“光补实验就补了两年”水凝胶！实现体内软骨再生

李宏斌（右）指导傅凌岚（中）等学生开展研究

这个 Nature 论文的目标，同样是一个巨大的挑战。在此之前，人们已经为此努力了几十年，但一直没有取得突破性的进展。软骨，这个生物体内的奇迹，既坚硬又具有韧性。这种特性使它能在我们奔跑、跳跃时，承受并消减巨大的能量，保护我们的骨组织或肌肉组织免受损伤。然而，一旦软骨发生严重、不可逆的损伤，必将对患者的未来生活质量产生严重影响。

材料学家们想通过制造出性质尽可能接近软骨的人工支架来达到更换软骨的可能性，支架在生物降解的过程中会帮助软骨自我再生。然而，这个目标说起来容易做起来难。一般坚硬的人造材料都比较脆，容易断裂，无法与天然软骨相比。科学家们尝试了很多方法，但都没有取得很好的进展。

傅凌岚和课题组决定向大自然学习，尝试在蛋白质水凝胶网络中引入链缠结来模仿软骨的这一结构和性质。

他们发现，相比于传统的聚合物水凝胶，蛋白质水凝胶因其性质更易在生物体内降解，还能通过基因工程技术精确控制蛋白质序列，从而引入一些具有特定功能的蛋白质基团。然而，以往的蛋白质水凝胶都比较软，这很大程度上限制了它们的应用范围。

为了解决这个问题，他们决定对串联球状蛋白进行化学解折叠，就像解开一个毛线球一样，让其中的肽链变得更长。最终，他们得到了了足够坚硬且具有韧性的材料，其硬度比天然蛋白交联后的软材料提高了 40 倍；而它的压缩模量更是提高到了 1.7 MPa。

经过对水凝胶 600 多次的反复快速压缩，它没有出现明显的疲劳和损伤。这个结果让傅凌岚和课题组非常振奋。

他们在 2020 年时满怀期待地将研究成果投稿给 Nature，然而却遭到了拒稿。尽管三位审稿人对新材料表现出了浓厚的兴趣，但他们希望能看到这个材料在生物体内修复软骨的实际效果。

面对这个挑战，李宏斌决定迎难而上，带领团队探索一个崭新的领域。他们与南京大学医学院附属鼓楼医院的蒋青教授团队合作，利用兔子进行了动物模型验证。

经过两年的探索与实验，他们终于取得了令人欣喜的结果。他们给膝关节软骨受损的兔子植入蛋白水凝胶，12 周后，它们的膝关节软骨表现出明显的再生迹象。研究人员发现这些新生组织理化性质与天然软骨非常相似。实验后，兔子们体内没有出现未降解的凝胶残留物和排异反应，很令人惊喜。

他们发现软骨的再生效果和蛋白质水凝胶的硬度之间存在复杂的关联：偏硬的凝胶比偏软的凝胶效果更好，原因可能是较高的硬度与骨骼和软骨组织更相容，为身体提供了有效再生的物理线索。但是，当水凝胶变得太硬时效果不佳，可能是因为体内降解这种水凝胶过于缓慢。

在补充了完整系列的动物实验结果后，他们重新提交了论文给 Nature，很快就通过了。尽管动物实验比一般的材料学研究周期更长，他们在第一次被拒稿后，相关的动物实验补了两年，但这一切都是值得的。

傅凌岚在李宏斌的指导下，展现出了非常敏锐的观察能力和实验技巧。在蛋白质水凝胶力学实验中，她发现了一种新型水凝胶在压缩性能上的突出表现，这个发现成为了论文中的一个亮点。此外，她在读博期间还发表了一项关于蛋白质凝胶力学设计的重要工作，为今后的实验设计提供了新的理念。

这样一名才华横溢的学生，在毕业后选择了投身工业界从事研发工作。在面临职业选择的时刻，傅凌岚向李宏斌请教咨询，李宏斌并没有给她具体的建议，而是让她听从自己的心声，选择最感兴趣的职业方向。经过深思熟虑后，傅凌岚决定尝试投身工业界，去药物研发公司工作。

她认为，从事学术研究是探索未知，而去企业则是追逐明确的研发目标。对于傅凌岚来说，后者可能更适合她。如今，傅凌岚在企业已经工作两年了，她非常喜欢现在的生活。

不列颠哥伦比亚大学李宏斌教授课题组报告了使用链状缠结的方法来显著提高蛋白质水凝胶的硬度而不影响其韧性。通过在折叠弹性蛋白构成的水凝胶网络中引入链状缠结物，作者能够设计出高硬度和高韧性的蛋白水凝胶，它无缝地结合了相互不相容的机械性能，包括高硬度、高韧性、快速恢复和超高抗压强度，有效地将软蛋白生物材料转化为刚性和韧性材料，表现出接近软骨的机械性能。作者的研究提供了一条实现基于蛋白质的刚性和韧性生物材料工程化的一般途径，这将在生物医学工程（如骨软骨缺陷修复）和材料科学与工程方面找到应用。相关成果以“Cartilage-like protein hydrogels engineered via entanglement”为题发表在《Nature》上，第一作者为Linglan Fu, Lan Li为共同一作。

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/11/30/65d1438495/

一度被拒稿的论文登上Nature，“光补实验就补了两年”水凝胶！实现体内软骨再生

相关推荐