膠原是連接細胞形成組織和器官的纖維狀蛋白，人體是生產膠原的專家，而科學家們也一直希望能在實驗室中合成這一物質。美國Rice大學的研究人員在膠原合成領域取得了重大突破，將有望幫助人們進行新藥設計和研發。Rice大學的科學家們在成功合成膠原之后，展開了深入研究來分析膠原的結構和形成及其與生物系統之間的相互作用。

Rice大學的化學和生物工程學副教授Jeffrey Hartgerink及其學生Jorge Fallas開發了一個新計算機程序，能夠預測納米級膠原的最穩定結構。在自然界中，正是這些微小的膠原結構結合成鏈組成了機體的結締組織。Hartgerink和Fallas根據他們的軟件合成并測試了大量膠原。

他們的這項突破性成果于九月二十五日提前發表在Nature Communications雜志的網站上，這無疑會引起重建外科、化妝品和組織工程等領域研究者們的極大興趣，同時也有助于人們探尋膠原蛋白的相互作用，為癌癥及其他疾病尋求新的治療方式。

“膠原是人體中豐度最高的蛋白，”Hartgerink說，他發現了自組裝膠原的新合成方法。“這種連接性纖維的基本功能是將細胞聯系在一起。”“從含量上來說，膠原是人體內最普遍的蛋白。但它與你所見到的其他蛋白都不一樣，”他說。

Hartgerink將膠原的結構與DNA雙螺旋進行了類比，“Watson和Crick在研究DNA時，發現了這些堿基對結合在一起的方式，”他說。“膠原的結構與DNA有些相似，只不過膠原由三條肽鏈組成。我們的這項研究就是旨在揭示氨基酸相互結合形成穩定結構的機制。”

對膠原結構感興趣的科學家并不多，近來人們確定了越來越多的蛋白結構，但膠原蛋白的結構研究卻落在了后面。實際上，膠原的特性使其能夠成為頗有價值的生物支架原料，人們能夠應用這樣的生物支架來生產組織甚至整個器官用于醫療。“膠原所做的并不僅僅是將細胞聯系在一起，”Hartgerink說。“它也能夠與其他蛋白結合，承擔特殊的功能。在這些蛋白與膠原結合后，細胞再與上述蛋白結合，在相互作用的基礎上決定自身行為或者分化為另一種細胞類型。”

膠原蛋白的三條鏈必須要合理配置才能夠具有功能，在這項新研究中Hartgerink和Fallas著眼于帶正負電荷的氨基酸之間的相互作用，分析怎樣的氨基酸排列才能使三條肽鏈形成三螺旋。

肽鏈結合的方式還決定了膠原螺旋的穩定性，Hartgerink說。Fallas和Hartgerink設計的計算機程序能夠計算肽鏈結合的穩定性，在本研究中他們對27條肽鏈進行了排列組合，來尋找最佳的配對方式。改程序會基于整個螺旋所帶的電荷給每種組合評分。他們已經將程序的源代碼放在自己研究團隊的主頁上，共其他研究者嘗試。

這項新成果還有望幫助人們破解膠原在癌轉移中起到的作用。“癌細胞需要降解膠原才能從一個器官轉移到另一個器官。要分析癌細胞是怎樣做到這一點的，我們就得先了解膠原的結構，”Hargerink說。