目的本研究旨在设计两种带有不同电荷的非胶原蛋白模拟肽,探讨其与胶原的相互作用以及诱导胶原纤维内矿化的效果差异,并结合分子动力学模拟解释其与胶原及钙磷离子的作用机理。为不同类型多肽对I型胶原纤维内矿化的调控作用及具体机制提供新的思路及参考,为使用仿生修复新方案解决临床上常见的牙体组织缺损等问题提供理论基础。方法根据牙本质基质蛋白1（Dentin matrix protein 1,DMP1）,牙骨质基质蛋白1（Cementum protein 1,CEMP1）的特定氨基酸序列设计两种带有不同的电解质特性的短肽,观察其与胶原结合力,以及之后诱导胶原纤维内矿化的差异。同时建立胶原纤维孔区及两种短肽的模型,进行分子动力学对接模拟及矿化现象模拟。设计合成两种类型多肽并探究其诱导矿化的能力:根据DMP1,以及CEMP1的特定氨基酸序列设计两种短肽,采用等温滴定量热法（ITC）测定两种多肽与钙磷酸根离子的结合常数与反应热等,评估其吸引矿物离子的能力。探究两种类型多肽与胶原纤维的相互作用:采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）技术测量4000～500cm-1波长范围内,裸胶原及两种与多肽结合的胶原的红外光谱,并评价两种不同多肽与胶原的分子相互作用。采用圆二色光谱（CDs）测量多肽,裸胶原,和与多肽结合胶原的二级结构的变化。最后,上述实验结果将与分子动力学模拟结合,共同阐明不同多肽与胶原结合的机制及其差异（结合位点及结合能）。探究胶原纤维与不同多肽结合后对纤维内矿化的作用:将裸胶原和两种与多肽结合的胶原放入两种矿化体系中,并探讨其矿化差异。矿化胶原形貌:采用透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）观察胶原矿化的形貌,并比较其差异;理化性质:使用选区晶体衍射（SEAD）,元素分析（EDS,Mapping）进一步分析矿物晶体。使用红外光谱（ATR-FTIR）和X射线衍射分析（XRD）比较不同多肽对羟基磷灰石晶体的形成和转化的作用及其差异。分子动力学模拟:选取e1和e2作为胶原纤维孔区的代表建立胶原纤维孔区及多肽的3D模型,在一定边界条件下进行对接模拟,评价其与胶原纤维孔区的结合力。选取对接模型进行后续的矿化模拟,评价多肽与胶原及矿物离子的动力学关系。结合实验现象进一步探索多肽诱导胶原矿化的机理。结果两种多肽均可与胶原纤维的孔区结合。本研究表明多肽与胶原孔区结合后能进一步吸引矿化前驱体在胶原表面聚集,加快胶原纤维矿化。而在相同条件下,带正电荷的多肽相较负电荷多肽对钙磷离子的吸引力更强,能进一步提高矿物离子进入孔区的驱动力;而具有更长肽链的负电荷多肽能通过肽链的非共价交联作用,使得胶原纤维通过表面矿物质进一步平行排列,增宽胶原纤维的直径。结论两种多肽均可与胶原纤维的孔区结合并提高纤维内矿化的效率。带电荷多肽能通过静电结合力提高矿物离子进入孔区的驱动力,促进纤维内矿化。说明静电吸引力可能是诱导矿物离子进入胶原纤维孔区的主要驱动力之一,同时有也说明富含碱性氨基酸的蛋白也可能在胶原矿化中起到重要作用。
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