【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
专利
本专利技术涉及一种原纤维水凝胶(fibrillar hydrogel)，其包含水性溶液和大体上对齐的原纤维，该原纤维包含胶原和至少一种蛋白聚糖，该原纤维水凝胶具有黏弹性特征，使得其能够在广泛的行业中使用，包括但不限于食品行业、生物材料行业、制药行业和化妆品，以及用于研究目的。
技术介绍
0、专利技术背景
1、细胞外基质(ecm)是大分子的聚集体，以三维网络排列，旨在为嵌入其中的细胞给予结构和功能支持。ecm包含各种类型的大分子，包括但不限于胶原、弹性蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白、糖蛋白、蛋白聚糖和糖胺聚糖(gag)。ecm的确切组成因组织而异，并且充分模拟这种高度关键的支持性环境对于诸如组织工程和离体细胞培养领域至关重要。以多种方法产生人造ecm样水凝胶的成功越来越多，尽管所生产的水凝胶的特征不一致。创建与活组织中存在的真实ecm非常相似的水凝胶的挑战包括批次间的组成变化、无法精确地重建天然ecm的结构完整性以及对使水凝胶在生物学上不相容的化学方案的依赖性。
2、原纤维水凝胶是一类人造水凝胶，其成功地重建了体内ecm的丝状构造，以及合成过程的受控性质所赋予的组成精度。然而，仅结构完整性不足以创建功能性ecm模拟水凝胶。正确的大分子组成(其继而影响生物物理特性)对于原纤维水凝胶的功能性和生物学相关性是非常重要的。
3、胶原是某些动物物种(包括哺乳动物)的主要ecm组分。胶原的主要作用是提供支持组织的支架，尽管胶原的许多其他功能已经被阐明，包括在细胞附着、细胞迁移、过滤和形态发生中的作用
4、“胶原”是指蛋白超家族的名称，其特征在于三螺旋结构域构成了分子的95％以上。该结构域由三条α链组成，每条α链含有大约1,000个氨基酸，以绳状方式缠绕以形成紧密的三螺旋结构。每条α链包含氨基酸的重复三联体-(gly-x-y)n-，其中甘氨酸约占胶原中氨基酸残基的三分之一。尽管可能存在多达400种可能的gly-x-y三联体，但x通常是脯氨酸，并且y通常是羟脯氨酸。脯氨酸残基的羟基化对于螺旋完整性至关重要，并且该过程中的缺陷导致整个结缔组织中的广泛缺陷。不同的动物可以产生不同的胶原氨基酸组成，这可导致不同的胶原特性。胶原结构由三条不同长度的交织肽链组成，形成胶原三螺旋。
5、在皮肤成纤维细胞生产细胞外基质的期间，三螺旋单体被合成，并且这些单体可以自组装成纤维形式。这些三螺旋通过静电相互作用保持在一起，静电相互作用包括盐桥接、氢键、范德华相互作用、偶极-偶极力、极化力、疏水相互作用和/或共价键。三螺旋可以结合在一起成束，称为原纤维，并且原纤维可以进一步组装以产生纤维和纤维束。由于胶原单体的交替重叠，原纤维具有特征性的带状外观。原纤维和纤维通常在整个皮肤层或兽皮层中分支并相互作用。原纤维和纤维的组织或交联的变化可以为材料提供强度。
6、目前，存在28种已知的不同胶原类型。胶原类型通过罗马数字编号，并且在每种胶原类型中发现的链用阿拉伯数字标识。各种类型的天然存在的胶原的结构和生物学功能的详细描述在本领域中是可得的(例如，ayad等人1998.the extracellular matrix factsbook,academic press,san diego,ca)。
7、i型胶原是哺乳动物物种中最普遍的胶原形式，并且广泛分布于全身皮肤、骨骼、肌肉、腱和肺中。它是多细胞生物体的细胞外基质中存在的主要结构大分子，并且占总蛋白质量的大约20％。i型胶原是包含两条α1(i)链和一条α2(i)链的异源三聚体分子。其他胶原类型不如i型胶原丰富，并表现出不同的分布模式。例如，ii型胶原是软骨和玻璃体液中的主要胶原。iii型胶原作为中空器官诸如大血管、子宫和肠的主要结构组分被发现。它也与i型胶原一起在许多其他组织中被发现。
8、除了动物皮肤或兽皮之外，胶原已经成功地从哺乳动物身体的各个区域分离。在最近几年，已经使用重组技术从细菌和酵母中收获了胶原。
9、本专利技术申请人的国际(pct)申请公布第wo 2022/043994号提供了用于生产无细胞动物胶原和/或包含该胶原的培养基的系统和方法。此专利技术的系统和方法包括连续产生分泌到培养基中的可溶性胶原的细胞培养物，从而能够容易地收集可溶性胶原。此后可溶性胶原可以被加工以形成胶原原纤维和纤维，并且胶原产品可在医学或化妆品中、在细胞培养食品行业中使用或可进一步生物制造以形成类皮革纺织品。
10、本专利技术申请人的国际(pct)申请公布第wo 2023/017509号提供了用于从多能干细胞和由其分化的细胞产生谱系定向祖细胞(尤其包括ecm产生细胞，包括胶原产生细胞)的组合物和方法。
11、胶原的有益特征导致其在组织工程和多种生物医学应用中的使用，并且已经做出了巨大的努力来产生高质量的胶原。胶原的医疗和化妆品应用包括，例如，皮肤填充物、伤口敷料和引导组织再生。
12、例如，国际(pct)申请公布第wo 2018/046920号公开了一种产生水母胶原水凝胶的方法和用于产生所述水凝胶的试剂盒。水母胶原水凝胶可以在制备3d细胞培养支架和在制备医疗装置中使用。
13、胶原支架已被广泛用于组织工程，因为它们具有低免疫原性、多孔结构、良好的渗透性、生物相容性和生物降解性。这些支架结构用作模板，具有类似于天然细胞外基质(ecm)的特定机械和生物学特性。
14、胶原也是许多化妆品制剂中的主要组分，因为它是一种天然的湿润剂和保湿剂。水解的胶原主要用于发用制剂(hair preparation)和护肤产品，但也可以在化妆品、洗发水和沐浴产品中找到。水解的胶原也可用于染发剂。
15、皮革在各种各样的应用中使用，包括家具装饰、服装、鞋、行李、手袋和配饰，以及汽车应用。皮革的全球贸易价值估计为每年1000亿美元，并且存在对皮革产品的持续和增加的需求。然而，由于对动物福利、对环境有害的化学物质的使用和健康问题的认识的增加，使用来自屠宰动物的天然皮革遭到了公众的拒绝。因此，需要新的方法来满足对适合大规模生产并且与天然皮革相比至少表现出同等或更好的特性的皮革材料的需求(例如，国际(pct)申请公布第wo 2017/003999号和第wo 2017/142887号；美国申请公布第2019/0203000号)。
16、美国专利第9,644,177号公开了用作基底层模型的从i型胶原形成的膜，可能用于形成复杂的三维结构。其中描述的膜从i型胶原和一种或更多种另外的ecm蛋白形成，诸如另外类型的胶原、层粘连蛋白、玻连蛋白、纤连蛋白和硫酸软骨素蛋白聚糖，并且包含双层表面。
17、存在对用作合成ecm的充分模拟水凝胶的未满足的需求，该水凝胶具有体内ecm的品质，包括结构完整性、组成精确度、正确的生物物理特性和生物相容性。这种性质的原纤维水凝胶对于无数行业是必需的，包括但不限于组织工程和细胞培养、化妆品和食品行业、仿皮革行业等。
技术实现思路
【技术保护点】
1.一种原纤维水凝胶，包含水性溶液和多于一种原纤维，所述原纤维包含胶原和至少一种类型的蛋白聚糖，其中水凝胶水性溶液的pH为至少约6.00，并且其中至少部分所述原纤维在所述水凝胶内有序对齐。
2.根据权利要求1所述的原纤维水凝胶，其中所述有序对齐选自由以下组成的组：双轴对齐和多轴对齐。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的原纤维水凝胶，其中胶原分子包含所述胶原分子的脯氨酸和赖氨酸残基总数量的至少40％的羟基化脯氨酸和羟基化赖氨酸残基。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述水性溶液选自由以下组成的组：水、缓冲溶液和细胞培养基。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶的水含量为所述原纤维水凝胶的总重量的至少30％w/w。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶的水含量为所述原纤维水凝胶的总重量的约90％w/w至约99％w/w。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维包含至少一种选自由以下组成的组的胶原类型
8.根据权利要求7所述的原纤维水凝胶，其中胶原I形成所述水凝胶的总胶原含量的至少60％。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的原纤维水凝胶，其中在胶原I分子的脯氨酸和赖氨酸残基的总数量中，所述胶原I分子的至少40％的脯氨酸和赖氨酸残基是羟基化的。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的原纤维水凝胶，其中在胶原I分子的赖氨酸残基总数量中，所述胶原I分子的至少25％的赖氨酸残基是羟基化的。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述至少一种类型的蛋白聚糖选自由以下组成的组：饰胶蛋白聚糖、双糖链蛋白聚糖、光蛋白聚糖、prolargin、asporin、纤调蛋白聚糖、多能蛋白聚糖及其任何组合。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述蛋白聚糖包含核心蛋白和至少一种类型的糖胺聚糖(GAG)，所述糖胺聚糖选自由以下组成的组：硫酸软骨素、硫酸皮肤素、肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸角质素及其任何组合。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶包含所述水凝胶的总干重的约20％w/w至约90％w/w的总胶原。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶还包含至少一种选自由以下组成的组的另外的蛋白：糖蛋白、细胞骨架丝的蛋白、细胞膜蛋白及其任何组合。
15.根据权利要求14所述的原纤维水凝胶，其中所述糖蛋白选自由以下组成的组：纤连蛋白、serpin H1、成神经细胞分化相关蛋白AHNAK(桥粒联结蛋白)、半乳凝素-1、骨膜蛋白、层粘连蛋白、过氧蛋白、EMILIN、原纤蛋白、生腱蛋白C、酸性和富含半胱氨酸的分泌蛋白(SPARC)及其任何组合。
16.根据权利要求14-15中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述细胞骨架丝的蛋白选自由以下组成的组：肌动蛋白、波形蛋白、肌球蛋白、细丝蛋白、原肌球蛋白、核纤层蛋白、转胶蛋白、微管蛋白及其任何组合。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述膜蛋白是膜联蛋白。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶还包含透明质酸。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的原纤维水凝胶，其中在约22℃至约26℃范围内的温度，包含约90％至约99％的水性溶液含量的所述原纤维水凝胶的特征在于屈服应力为约1Pa至约50Pa。
20.根据权利要求20所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶的特征在于屈服应力在约2Pa至约20Pa的范围内。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的原纤维水凝胶，其中在约22℃至约26℃范围内的温度，包含约90％至约99％的水性溶液含量的所述原纤维水凝胶的特征在于相角为约1°至约50°。
22.根据权利要求21所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶的特征在于相角为约12°至约20°。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶由能够产生胶原的动物细胞产生，所述动物细胞在能够合成胶原的条件下在培养基中培养。
24.根据权利要求23所述的原纤维水凝胶，其中所述动物选自由以下组成的组：哺乳动物、家禽、水生动物、无脊椎动物和爬行动物。
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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种原纤维水凝胶，包含水性溶液和多于一种原纤维，所述原纤维包含胶原和至少一种类型的蛋白聚糖，其中水凝胶水性溶液的ph为至少约6.00，并且其中至少部分所述原纤维在所述水凝胶内有序对齐。
2.根据权利要求1所述的原纤维水凝胶，其中所述有序对齐选自由以下组成的组：双轴对齐和多轴对齐。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的原纤维水凝胶，其中胶原分子包含所述胶原分子的脯氨酸和赖氨酸残基总数量的至少40％的羟基化脯氨酸和羟基化赖氨酸残基。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述水性溶液选自由以下组成的组：水、缓冲溶液和细胞培养基。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶的水含量为所述原纤维水凝胶的总重量的至少30％w/w。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶的水含量为所述原纤维水凝胶的总重量的约90％w/w至约99％w/w。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维包含至少一种选自由以下组成的组的胶原类型：胶原i、胶原vi、胶原xii、胶原v、胶原xiv、胶原ii、胶原xi、胶原iii及其任何组合。
8.根据权利要求7所述的原纤维水凝胶，其中胶原i形成所述水凝胶的总胶原含量的至少60％。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的原纤维水凝胶，其中在胶原i分子的脯氨酸和赖氨酸残基的总数量中，所述胶原i分子的至少40％的脯氨酸和赖氨酸残基是羟基化的。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的原纤维水凝胶，其中在胶原i分子的赖氨酸残基总数量中，所述胶原i分子的至少25％的赖氨酸残基是羟基化的。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述至少一种类型的蛋白聚糖选自由以下组成的组：饰胶蛋白聚糖、双糖链蛋白聚糖、光蛋白聚糖、prolargin、asporin、纤调蛋白聚糖、多能蛋白聚糖及其任何组合。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述蛋白聚糖包含核心蛋白和至少一种类型的糖胺聚糖(gag)，所述糖胺聚糖选自由以下组成的组：硫酸软骨素、硫酸皮肤素、肝素、硫酸乙酰肝素、硫酸角质素及其任何组合。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶包含所述水凝胶的总干重的约20％w/w至约90％w/w的总胶原。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶还包含至少一种选自由以下组成的组的另外的蛋白：糖蛋白、细胞骨架丝的蛋白、细胞膜蛋白及其任何组合。
15.根据权利要求14所述的原纤维水凝胶，其中所述糖蛋白选自由以下组成的组：纤连蛋白、serpin h1、成神经细胞分化相关蛋白ahnak(桥粒联结蛋白)、半乳凝素-1、骨膜蛋白、层粘连蛋白、过氧蛋白、emilin、原纤蛋白、生腱蛋白c、酸性和富含半胱氨酸的分泌蛋白(sparc)及其任何组合。
16.根据权利要求14-15中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述细胞骨架丝的蛋白选自由以下组成的组：肌动蛋白、波形蛋白、肌球蛋白、细丝蛋白、原肌球蛋白、核纤层蛋白、转胶蛋白、微管蛋白及其任何组合。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述膜蛋白是膜联蛋白。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶还包含透明质酸。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的原纤维水凝胶，其中在约22℃至约26℃范围内的温度，包含约90％至约99％的水性溶液含量的所述原纤维水凝胶的特征在于屈服应力为约1pa至约50pa。
20.根据权利要求20所述的原纤维水凝胶，其中所述原纤维水凝胶的特...
【专利技术属性】
技术研发人员：内塔·拉翁，亚伊尔·格利克，凯伦·塔扎特费尔伯格，
申请(专利权)人：阿利夫农场公司，
类型：发明
国别省市：
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