角蛋白仿生矿化支架：牙釉质再生的突破性生物材料

期刊：Advanced Healthcare Materials

发表时间：2025年

DOI：10.1002/adhm.202502465

作者：Sara Gamea, Elham Radvar, Dimitra Athanasiadou, Ryan Lee Chan等

文章摘要

仿生蛋白质基平台凭借其层级网络和优良的机械性能，在硬组织再生方面展现出巨大潜力，包括牙釉质再生。然而，从有机基质中获得排列整齐的类似牙釉质的磷灰石纳米晶体仍具挑战性。本文介绍了一种利用水基角蛋白薄膜重现牙釉质层级结构的简单有机方法。这些薄膜通过二硫键桥接形成纤维状有机网络和双折射球晶结构，主要为有序的β-折叠构象。角蛋白模板的柔性结构有助于在矿化过程中将二级结构重排为a-螺旋，从而引导磷灰石纳米晶体的有序生长。该系统在修复早期牙釉质缺陷方面显示出潜力，能够恢复其光学外观和机械性能。这项研究为从天然丰富来源开发用于硬组织再生的新型蛋白质基质提供了一种有前景、简单且临床友好的方法。

龋齿是全球高发口腔疾病，2019年恒牙龋齿未治疗病例约20亿例。牙釉质作为人体最硬的无细胞矿化组织，一旦因龋齿、磨损发生损伤便无法自主再生，牙釉质修复具备显著的临床刚需。

传统树脂填充、再矿化制剂存在修复效果有限、结构匹配度差等短板，而角蛋白凭借天然生物特性与仿生矿化能力，成为牙釉质再生领域的新型理想材料，为早期牙釉质损伤修复提供提供新路径。

一、角蛋白的天然生物优势

角蛋白来源丰富、生物相容性优异。α-角蛋白具备层级网状结构，通过二硫键、氢键等共价与非共价作用形成稳定有机网络，兼具机械强度、柔韧性与抗降解性。其独特的构象可调性（β-折叠与α-螺旋动态转变）及带负电的酸性残基，使其能高效结合钙离子，完美适配牙釉质生物矿化的需求。

二、仿生矿化核心机制

研究证实，角蛋白可自组装形成双折射球晶薄膜，以β-折叠构象搭建有序有机支架，精准模拟天然牙釉质形成的有机基质环境。其核心机制包括：

三、修复效果验证

针对牙釉质早期损伤（白斑病变），角蛋白展现出优异的修复性能：

四、应用价值与前景

角蛋白基牙釉质修复体系具备低成本、易制备、生物安全、微创高效四大核心优势，突破了传统仿生材料制备复杂、生物相容性存疑、临床转化难的瓶颈。

除早期龋齿修复外，在牙本质过敏、牙齿磨损、骨缺损修复等领域同样具有广阔前景，对牙科和生物医学领域具有深远影响。

角蛋白以天然生物特性解锁牙釉质再生新路径，是硬组织再生领域极具转化价值的突破性材料，有望成为牙釉质无创修复的核心选择，推动口腔微创治疗迈入仿生再生新时代。

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