蚕丝蛋白在医用仿生材料上的应用

平瑶张迎迎孙京臣元（华南农业大学动物科学学院，农业部热带亚热带蚕桑研究室，广州缘员园远源圆）摘要：根据蚕丝蛋白的组成和结构，以及其生物学特性，综合蚕丝蛋白在医用仿生材料应用方面的研究进展，着重阐述了蚕丝蛋白在人造组织、器官上的应用，为更好地利用作为医用仿生材料的蚕丝蛋白提供了参考。关键词：蚕丝蛋白；仿生材料；医用中图分类号：杂愿愿员援猿文献标识码：粤文章编号：圆园怨缘原员圆园缘(圆园员猿)园圆原源猿原园猿生物医用高分子材料主要包括人工器官材料，骨科和齿科材料、固定化酶、仿生高分子材料和传感器、医用粘合剂和可吸收缝合材料等。医用仿生材料的重要替代作用众所周知，蚕丝蛋白就是医用仿生材料天然的理想素材之一［员］］很适合用作医用仿生材料［源。本文着重综述了蚕丝蛋白在人造皮肤、人造骨骼、人造血管、人造肌腱与韧带以及人造角膜上的研究进展。员人造皮肤人体的皮肤分为三层：表皮、真皮、皮下组织。重度烧伤的患者，皮肤会受到严重损伤，没有了皮肤的保护，患者体内的液体会大量地渗出、蒸发、丢失，这种情况往往会对患者的生命造成］威胁，而更让人担心的是细菌感染［缘。人体对自om.cn. All Rights Reserved.。我国是丝的生产大国，家蚕生丝产量已占世界一半。蚕丝具有纯度高，来源广等一系列优点，对其进行详细的研究具有十分重大的意义。蚕丝蛋白分为两层，内层为丝素蛋白，外层则被丝胶蛋白包覆。其中，丝素蛋白的质量分数约为苑园豫原愿园豫，包含有员愿种氨基酸，其中侧基较为简单的甘氨酸（郧造赠）、丙氨酸（粤造葬）和丝氨酸（杂藻则）约占总组成的愿缘豫，并且三者按照一定］的序列结构排列成较为规整的链段［圆。丝胶蛋白己的皮肤不会排斥，而对于任何来自外来的异己皮、异种皮、人造皮都会产生免疫反应，因而所有的植皮材料只能作为一种敷料，这就好像是给。除此我们的皮肤提供了一个适宜生长的“土壤”之外，我们还必须将自己完好的皮肤“微粒”播撒在“土壤”中，在以敷料为“土壤”的环境中，这些“微粒”细胞才可以逐渐扩散、增殖，最后］使创面完全愈合［远。是一种分子量较大的球晶蛋白，链与链之间的间隙较大，且其侧链上亲水基团的比重较大，因而］易溶于水、酒精等极性溶剂［猿。蚕丝蛋白具有多孔性和较高的吸水回潮率，因而透气性好、手感好、光滑柔软、穿着舒适。加之本身具有良好的细胞相容性、生物安全性以及生物降解性，所以理想的人造皮肤，应具有以下特性：无抗原性、无毒、良好的细胞相容性、透气透水性好、作者简介：平遥（员怨愿怨原），女，广东广州，硕士研究生。研究方向：分子病毒学通讯作者：孙京臣（员怨苑员原），男，广东广州，博士生导师。研究方向：分子生物学和结构生物学源源广东蚕业第47卷对创面的粘合力强、可塑性强等一系列优点。目前植皮主要用小白猪真皮当做敷料，但是它的安全性较低。圆园园远年，闵思佳提取蚕丝中的蛋白质，制成蚕丝人造皮肤。这种人造皮肤明显优于其他材质的人造皮，它既光滑，又平整，柔韧性也很强。而且，与猪皮材料相比，它的安全性更高。蚕丝蛋白人造皮肤乍一看像混沌皮，在显微镜下却能看到它的表面有许多多孔的海绵状的细微结构，用手拉韧性十足［］苑。科研人员曾选取了员缘只大白兔，分缘批进行动物实验，实验发现，贴上人造皮肤后，不到圆园凿兔子身上直径猿糟皂的创口就愈合了。张幼珠等［］愿研制出抗菌药物丝素膜，临床实验证明，该丝素膜既可以保护创面，控制创面感染，又能促进创面愈合。圆人造骨骼目前骨修复已经不仅仅用于治疗骨损伤和骨缺损，还包括医疗整形［］怨。传统的内源性骨修复是医生从病人身体的其他部位取骨来修补受损的骨骼。接受手术的病人由于要经历取骨和移植，所以整个过程十分痛苦。虽然术后效果良好，但手术费用高，恢复过程也慢。因此，为了改善这一状况，临床上已采用人造骨骼进行外源性骨修复。但由于金属及一些有机高分子材料与理想的骨修复材料在人体亲和性、相容性等方面都相差甚远，因此近年来科学家们都致力于寻找更好的替代材料［员园］。现今，人造骨运用的新材料主要有：陶瓷膏状人造骨、美国陶瓷人造骨骼、人造“懒骨头”、磷酸钙和骨胶原人造骨骼、钛骨骼、海草人造骨、生物玻璃人造骨以及玻璃基生物水泥等［员员］。运用蚕丝蛋白作为骨组织再生的生物材料则是较理想的方式。蚕丝蛋白中大量的羧基与羟基能与钙离子紧密结合并诱导羟基磷灰石在其上结晶形成自组装纳米复合材料。李罡等［员圆］发现骨髓基质细胞对气流高压静电纺制成的蚕丝蛋白纳米纤维表现出良好的亲和性。圆园员圆年酝葬灶凿葬造等［员猿］开发出了一种基于丝蛋白原蛋白界面结合形成的高抗压强度的高远园园滋皂分子骨丝纤骼维复加合固材料致密。的利复用合水材料解得后到，的此员园材料滋皂原可调节其抗压强度，且孔隙度与纤维长度相近。而这种表面粗糙、多孔的刚性支架，有利于骨髓间充质干细胞分化为骨样组织。此外，通过实验证明其体内免疫反应较低，表明了这种丝纤维加固复合材料具有组织相容性，是作为骨组织替代工程的良好材料。猿人造血管随着人类社会的发展，健康问题受到越来越多的关注。但这并不能抵挡我们身体的老化、损伤和病变，此时人体的血管显得格外的脆弱。由于各方面因素，异体血管的移植根本无法满足需求，因此，医用人造血管的研究和开发具有非常重要的现实意义。自员怨缘圆年灾燥燥则澡藻藻泽首次研制出了维纶人造血管以来，人们陆续研究开发出了不同材料、不同孔隙率的人造血管，要求人造血管具有良好的血液相容性、顺应性、弹性以及一定的抗凝血性，而且对人造血管的性能有了深入的了解。涤纶人造血管是最早使用的血管材料，且由于通畅率较高，长期以来被成功地用于大血管置换，但无法完全满足小口径人造血管的制造要求。徐卫林、欧阳晨曦等历时两年联手研制的一种新型人造血管，解决了这一难题。在小狗体内进行的动物实验，最终小狗存活状况良好。而且这种新型人造血管就是用特殊的高分子材料与蚕丝蛋白制成。丝素蛋白中含有远种氨基酸残基交替排列的结构，相邻丝氨酸之间的距离与甘氨酸中起抗凝血作用的硫酸基距离十分相近，因而，丝素蛋白具有抗凝血作用，正是其成为人造血管的重要原因。源人造肌腱和韧带肌腱和韧带分别是连接骨与肌肉、骨与骨的致密结缔组织。其功能为加强、维护关节在运动中的稳定。当肌腱和韧带被牵拉而超过其生理耐受范围时，即会发生不同程度的损伤。而肌腱、韧带的断裂或缺损尤其是运动员在生涯中不可避免的伤痛。治疗和修复肌腱和韧带，也一直是骨科的一大难题。临床上修复断裂的韧带常是直接缝合，但这样就缩短了其原有的长度，了关节的活动范围；钢丝固定也因相容性和弹性等原om.cn. All Rights Reserved.第圆期蚕丝蛋白在医用仿生材料上的应用源缘因，造成了后续生活上的诸多不便［员源］。因而，人造肌腱和韧带的开发成为了医学、材料学上关注的问题。通过研究发现［员缘］，蚕丝的强度和弹性系数与人体肌腱非常接近。且其良好的生物相容性、亲和性以及与介导细胞信号转导的性能，有利于开发人造肌腱和韧带。同样利用蚕丝蛋白的羟基、羧基与钙离子结合诱导生物骨质成分中的羟基磷灰石结晶的原理制成的复合材料也适用于人造肌腱和韧带。玉田靖等［员远］在蚕丝蛋白中导入带电化合物，发现处理过的蚕丝蛋白中钙的凝集量比未处理的有大幅增加，尤其导入磷酸基的蚕丝蛋白中钙的凝聚量要高出员园倍以上［员苑］。且经载射线透射检验，验证其含有人骨的主要成分，证明蚕丝具有肌腱和韧带的骨附着和结合特性，为进一步开发人造肌腱和韧带打下了基础。缘人造角膜角膜病是仅次于白内障的致盲性眼病，世界上有超过员园园园万的角膜病患者，有愿园豫可以通过角膜移植手术来进行治疗。但传统的角膜移植对于特殊的角膜盲患者进行移植常常失败，并引起其他病征如烧伤引起严重角膜瘢痕血管化、眼疤痕性类天疱疮或角结膜上皮角化及多次穿透性角膜移植排斥等，且由于角膜供体来源困难，因而人工角膜的植入则成为这些患者恢复视力的希望［员愿］。据报道，圆园员园年加拿大和瑞典的研究人员使用人造角膜让患者不同程度地恢复了视力，不仅效果和获得与接受角膜捐赠的差不多，还可以杜绝从死者身上获取捐献的角膜可能存在的疾病传染及排异风险。这从临床上更加证实了人造角膜的可行性［员怨］。人造角膜多由透明中心镜柱及支架组成。镜柱主要起到光学作用，支架则起支撑、固定镜柱的作用。人造角膜的材料需要有极高的生物相容性、优良的光学特性和稳定的物理特性才能解决组织融解、房水渗漏角膜移位和排出等并发症以长期存留于人体。目前用于制造人工角膜的材料有硅胶、壳聚糖、肽和孕蕴蕴粤等。阎涛等通过研究发现，用蚕丝制备的丝素膜不仅透氧率高（高达猿猿过率皂哉澡辕皂圆）、有较高的亲水性、对不同波长光的透均非常高（均超过怨园豫），且通过细胞培养发现再生丝素膜较普通培养板能更好的诱导角膜上皮细胞的贴壁，贴壁细胞的形态也均匀，这证明蚕丝蛋白能非常好的应用于人造角膜［圆园］。远展望现代人类文明高速发展，我国人民的生活水平日益提高，高品质的人体组织修复与替代材料的开发显得尤为迫切。目前，蚕丝蛋白作为重要的医用仿生材料之一，其研究与利用还十分有限，许多作用机理至今还不明确。所以，基于蚕丝蛋白的医用仿生材料研究还任重道远。从分子生物学与基因工程入手，培育出更加适应人们需要的家蚕品种，必将带动整个蚕丝行业的腾飞。参考文献［员］钱人元援高分子材料科学展望［允］援材料科学与工程，［圆］员怨愿缘陈，天员华：，员援张华峰援蚕丝新材料的研究［允］援材料导报，［猿］圆园园远段巧，艳圆园，（段苑）祥，：张怨怨原员园员援焕相，等援丝素在组织工程中的应用［允］援中国组织工程研究与临床修复，圆园园苑，员员（圆远）：［源］缘员怨怨原缘圆园猿援刘永成，邵正中，孙玉宇，等援蚕丝蛋白的结构和功能［允］援高分子通报，员怨怨愿，源（猿）：员苑原圆圆援［缘］黄伯高，朱德安援一种新的创面覆盖物一丝素膜［允］援中华整形烧伤外科杂志，员怨怨愿，员源（源）：圆苑园援［远］李文援人造皮肤：蚕丝蛋白人造皮［晕］援广州日报，［苑］圆园员员原园怨原员员胡梅，彭巍（，员圆）李海援军，等援蚕丝蛋白及其衍生物在化妆品中的应用［允］援日用化学品科学，圆园员员，猿源（远）：［愿］猿源原猿远张幼，珠猿怨援，吴徵宇，田保中，等援抗菌药物丝素膜的研制及应用［允］援蚕业科学，员怨怨怨，圆缘（源）：圆源圆原圆源缘援［怨］杨丽晶，赵丽静，裴艳秋，等援关于丝肽、丝素和丝胶产品的开发与应用［允］援开发研究，圆园园源，圆（远）：怨原［员园员园援］王琳婷，朱良均，闵思佳，等援丝素蛋白在生物医学领域的应用研究［允］援北方蚕业，圆园园怨，猿园（猿）：员原猿员援［员员］周援丝肽的研制开发［允］援香料香精化妆品，（待续，下转第源苑页）om.cn. All Rights Reserved.第圆期广东省蚕学会圆园员猿年第一次常务理事扩大会议纪要持。源苑神和《广东省非时政类报刊出版单位改革工作实施方案》的部署要求，学会成立了转制工作领导小组，积极主动的与省新闻出版局及主管单位交流与沟通，顺利完成了《广东蚕业》期刊转企改制方案的报送审批、广东蚕业杂志社有限公司企业名称预先核准登记、公司章程的制定、注册资金的核资和资产评估、国有资产产权登记、变更出版单位及增加主办单位材料的报送等一系列工作。同时会议还针对转制目前存在的困难和问题进行了讨论，对下一阶段的工作进行了安排。审议学会及各学组圆园员猿年学术活动工作计划。源、会议总结了圆园员圆年度学会工作，研究并此外，会议讨论并审议通过了各学组的圆园员猿年学术活动计划，并强调学会要充分发挥学会的组织优势，从学会和学组两层面进一步加强开展各种形式的学术活动，努力为广大会员和蚕桑科技工作者服务，提高学会的吸引力、凝聚力和影响力，为广东蚕桑产业的可持续发展做出积极的贡献。》圆园员圆年编辑工作，讨论缘、总结《广东蚕业决定了《广东蚕业》优秀论文的评选，研究布置圆园员猿年工作。议；与广东省茧丝绸行业协会共同主办了“提高；学会茧广东桑蚕种繁殖系数技术和质量研讨会”丝与蚕业资源综合利用学组组织会员考察学习了位于顺德伦教的国家非物质文化遗产、“香云纱”文化遗产保护基地和深圳中国丝绸文化产业创意用桑园栽培管理技术研讨会”，各项学术活动的顺利举办促进了会员间的交流与合作，为行业的发广东展起到了积极的作用。圆园员圆年，学会期刊《蚕业》进行了转企改制，并按照各级部门的要求，完成了一系列工作；学会会费的缴纳情况也比较理想，得到了各会员及会员单位的大力支圆园员圆年，学会共召开了圆次常务理事扩大会会议总结了圆园员圆年《广东蚕业》的各项编辑工作，并就如何加强期刊管理、提高期刊质量等方面进行了研究与讨论。同时，为促使《广东蚕业》稿件质量进一步提高，鼓励和吸引更多专业》的广大作者，人士荟萃佳作，并感谢《广东蚕业《广东蚕业》编辑委员会对圆园员圆年《广东蚕业》优秀论文进行评选。评选出一等奖论文源篇，优秀论文奖论文远篇，并对论文作者颁发了奖状和奖牌，以资鼓励。通过召开此次会议，深刻领会了省的文件精神，充分认识了《意见》的重要意义，对进一步贯彻落实《意见》的有关精神，对在新时期新形式下开拓学会工作，使学会的各项工作上新的台阶具有十分重要和深远的意义。园；桑树栽培学组在化州市主办了“小蚕共育专om.cn. All Rights Reserved.（上接第源缘页）［员圆］李罡，姚勇毅，李小玉，等援骨髓基质细胞在气电纺丝蛋白纤维支架上早期粘附的研究［允］援昆明医学院学报，圆园员园，缘（圆）：源愿原缘圆员援［员猿］月蚤皂葬灶月援酝葬灶凿葬造，粤则蚤藻造葬郧则蚤灶遭藻则早，耘怎灶杂藻燥噪郧蚤造，月则怎糟藻孕葬灶蚤造葬蚤贼蚤泽，阅葬增蚤凿蕴援运葬责造葬灶援匀蚤早澡原泽贼则藻灶早贼澡泽蚤造噪责则燥原贼藻蚤灶泽糟葬枣枣燥造凿泽枣燥则遭燥灶藻则藻责葬蚤则［允］援孕则燥糟藻藻凿蚤灶早泽燥枣贼澡藻晕葬原苑远怨怨原苑苑园源援贼蚤燥灶葬造粤糟葬凿藻皂赠燥枣杂糟蚤藻灶糟藻泽哉杂粤，圆园员圆，员园怨（圆园）：［员源］赵林，谢艳招，陈文明，等援基于蚕丝蛋白的医用仿生材料［允］援海峡药学，圆园员园，圆圆（员圆）：员圆原员缘援［员缘］匀葬燥在澡葬灶早援孕则藻责葬则葬贼蚤燥灶葬灶凿糟澡葬则葬糟贼藻则蚤扎葬贼蚤燥灶燥枣泽蚤造噪枣蚤遭则燥蚤灶葬泽葬遭蚤燥皂葬贼藻则蚤葬造憎蚤贼澡责燥贼藻灶贼蚤葬造枣燥则凿则怎早凿藻造蚤增藻则赠［允］援允燥怎则灶葬造员怨愿怨，圆（员）：猿愿原源员援［员远］玉田靖援绢素材利用した人工腱、韧带用材料の开发［允］援蚕丝の光，员怨怨苑，缘园（愿）：圆远原圆怨援［员苑］酝蚤灶燥怎则葬晕，粤蚤遭葬杂，郧燥贼燥澡再，藻贼葬造援粤贼贼葬糟澡皂藻灶贼葬灶凿［允］援月蚤燥皂藻凿酝葬贼藻则砸藻泽，员怨怨缘，怨（圆怨）：员圆员缘原员圆圆员援业，圆园园园，员：员原猿援［员怨］黄永利，吕强，李明忠，等援电场载药丝素蛋白微球的制备［允］援科学通报，圆园员员，缘远（员猿）：员园员猿原［圆园］王玉军，柳学广，徐世清援家蚕丝蛋白生物材料新功能的开发及应用［允］援蚕丝，圆园园远，猿（远）：源源原源愿，缘园援员园员愿援早则燥憎贼澡燥枣糟怎造贼怎则藻凿枣蚤遭则燥遭造葬泽贼糟藻造造泽燥灶泽蚤造噪责则燥贼藻蚤灶皂葬贼则蚤糟藻泽燥枣栽则葬灶泽造葬贼蚤燥灶葬造酝藻凿蚤糟蚤灶藻，圆园员圆，员园（员）：员员苑援［员愿］孙德斌，王琳援蚕丝的多功能利用与开发［允］援江苏蚕