工程实验室在生物仿生胶原基材料的应用取得新进展

胶原基材料因其优异的生物相容性、易于化学修饰等特点，在生物医学领域具有广泛的应用前景。工程实验室石碧院士、廖学品教授团队和郭俊凌教授团队合作，设计并合成了一种胶原基人工肝（ColAL），该人工肝表现出了优异的生物相容性和高性能的胆红素去除能力，在动物实验中展现出了明显的治疗效果。研究成果“Engineered liver-inspired collagen matrix as a high-performance hemoperfusion adsorbent for bilirubin removal”发表在“Chemical Engineering Journal”，该论文第一作者为轻工科学与工程学院2018级博士研究生李美风。

图1. 肝在体内清除胆红素机理和胶原基人工肝（ColAL）清除胆红素机理

肝作为哺乳动物体内最大的代谢器官之一，主要清除由胆道系统产生的有毒物质。对于肝功能异常的患者，血液中的有毒物质（如胆红素）不能被肝脏及时清除，而迅速在血液中积聚，导致黄疸、肝性脑病甚至死亡。目前，血液灌流已被证明是去除血液中胆红素最有效的治疗方法。作为血液灌流的核心吸附材料（如活性炭、Mxene、碳纳米管、介孔碳），只是利用肝细胞具有去除血液胆红素的功能，而忽略了肝脏中细胞外基质（ECM）对肝细胞的支撑作用。

在这项研究中，受到肝结构与胆红素清除性能的构效关系启发，即ECM支撑肝细胞的多尺度结构使肝细胞进行正常的生长分化，本研究首次引入从哺乳动物皮中提取的胶原纤维（I型）作为基本构建模块，设计了一种胶原基人工肝（ColAL），其具有良好的生物相容性且可高效去除血液中的胆红素。ColAL对胆红素有较大的吸附去除能力（去除率高达97%）（图2）。同时，利用牛血清模拟高胆红素血症患者血液进行灌流试验，相同质量下，ColAL（26.62%）比商业树脂（6.40%）具有更高的胆红素去除效率，且灌流后仍能较好地保留血清中的蛋白质。