介绍
2-甲基-2-丙烯酸-2-(膦酰基氧基)乙酯（EGMP）已成为制备骨组织工程仿生水凝胶支架的单体。分子结构中含有光反应性C=C与侧链带负电的磷酸酯基团，可通过光聚合作用共价结合到聚乙二醇（PEG）水凝胶中，能够促进细胞黏附。
图一 2-甲基-2-丙烯酸-2-(膦酰基氧基)乙酯
光聚合特性
2-甲基-2-丙烯酸-2-(膦酰基氧基)乙酯在光引发剂（如I2959）存在的条件下，经紫外线（UV）照射（≈5 mW/cm2）可发生自由基聚合反应。因此它可与双丙烯酸酯聚乙二醇（PEGDA）共价交联，形成稳定的三维网状结构，且分子中的侧链磷酸酯基团在聚合后仍保留在水凝胶网络中，向中性的PEG水凝胶中引入了均匀分布的带负电功能基团。这些磷酸酯基团既充当生物矿化的成核位点，又能调控水凝胶与生物大分子、细胞间的相互作用。
聚乙二醇水凝胶矿化
天然骨的矿化由带负电功能基团与钙、磷酸根离子的相互作用驱动，2-甲基-2-丙烯酸-2-(膦酰基氧基)乙酯引入PEG水凝胶的磷酸酯基团与之类似，成为矿化的内源性成核位点。与传统依赖模拟体液（SBF）后孵育或添加可溶性磷酸酯成核剂（如β-甘油磷酸酯，β-GP）的矿化方法不同，EGMP共价结合在水凝胶网络上，避免了成核剂的快速扩散流失，实现了支架的持续、高效矿化。
即便在无β-GP的条件下，2-甲基-2-丙烯酸-2-(膦酰基氧基)乙酯也能显著提升PEG水凝胶的矿化速率与矿化程度。对于PEG3400DA水凝胶，仅添加50毫摩尔/升EGMP的矿化速率，与未添加EGMP但补充β-GP的水凝胶相当；当EGMP与β-GP联合使用时，矿化效果进一步增强，其中PEG4600DA水凝胶的钙含量从140微克/凝胶提升至200微克/凝胶。
改善人骨髓
提升人间充质干细胞活力
在单层培养体系中，2-甲基-2-丙烯酸-2-(膦酰基氧基)乙酯呈现出一定的浓度依赖性细胞毒性，hMSCs的代谢活性随EGMP浓度升高而降低，浓度高于1毫摩尔/升时，细胞活性显著下降。改性水凝胶能显著提升包封hMSCs的活力，添加10 mmol/L、50 mmol/L EGMP的水凝胶中，细胞活力分别达到74%和97%。细胞活力的提升，主要归因于EGMP引入的磷酸酯基团与矿化区域优化了水凝胶微环境，促进了营养物质与代谢废物的扩散，避免了因细胞-基质相互作用缺失引发的凋亡。
促进人间充质干细胞黏附
细胞黏附是hMSCs增殖与成骨分化的前提，2-甲基-2-丙烯酸-2-(膦酰基氧基)乙酯通过介导骨桥蛋白的螯合，促进hMSCs与PEG水凝胶的黏附。骨桥蛋白是一种带负电的酸性唾液蛋白，在间充质干细胞和成骨细胞的黏附中发挥关键作用，但中性的PEG水凝胶无法有效吸附该蛋白。在钙离子的作用下，EGMP改性水凝胶中的带负电磷酸酯基团可在水凝胶与骨桥蛋白之间形成桥梁。钙离子同时与EGMP的磷酸酯基团和骨桥蛋白的负电荷位点结合，实现骨桥蛋白在水凝胶中的高效螯合与固定。
无钙离子时，因静电排斥作用，骨桥蛋白在EGMP改性水凝胶中的扩散速率是未改性水凝胶的4.4倍；而在添加200毫克/升氯化钙的条件下，培养48小时后，EGMP改性水凝胶中骨桥蛋白的释放率仅为0.08，远低于未改性水凝胶的0.40，证明了对骨桥蛋白的高效螯合。被螯合的骨桥蛋白为hMSCs提供了特异性黏附位点，显著提升了细胞黏附效率：接种6小时后，0毫摩尔/升EGMP水凝胶上的细胞密度仅为865个/平方厘米，而10毫摩尔/升、50毫摩尔/升EGMP水凝胶上的细胞密度分别达到3285个/平方厘米和6321个/平方厘米，且黏附细胞呈现出良好的铺展形态。这表明2-甲基-2-丙烯酸-2-(膦酰基氧基)乙酯使生物惰性的PEG水凝胶获得了特异性的细胞黏附性能[1]。
图二 水凝胶上细胞密度
参考文献
[1]R C N ,W S D B ,C M T , et al.The effect of ethylene glycol methacrylate phosphate in PEG hydrogels on mineralization and viability of encapsulated hMSCs.[J].Biomaterials,2006,27(8):1377-86.