丝素蛋白在生物医学中的研习进度范文

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软骨组织工程软骨组织自我修复能力差，较大软骨缺损的修复仍然是临床难题，软骨组织工程提供了一种解决方法。作为软骨组织工程支架的首要因素要能较好地满足软骨细胞的黏附。丝素蛋白力学强度良好、来源丰富、蚕丝蛋白支架对软骨细胞吸附作用良好，并可维持其正常形态和功能，适合软骨细胞体培养，逐渐成为软骨组织工程的一种候选支架材料。由于软骨组织工程中需要生长因子对细胞增殖分化进行调节，为了更深入地研究这种支架上软骨细胞的分化潜力，仍然需要进一步的理论探讨和载体研究。

肌腱与韧带组织工程临床上肌腱和韧带损伤或缺损很常见，传统的外科手术采用自体或人造韧带及肌腱，但不能可靠地恢复其功能。丝素蛋白的力学性能和肌腱接近，蚕丝材料对肌腱细胞吸附性好、降解缓慢、抗拉性能优越，具有治疗肌腱缺损的可能性。

椎间盘组织工程目前对于椎间盘突出引起的纤维环损伤没有理想的治疗方法，一些学者尝试利用蚕丝丝素蛋白来制备组织工程纤维环用于修复受损的纤维环，发现丝素蛋白支架适合纤维环细胞生长，且进一步的研究发现，动态水流条件和支架孔径大小会影响组织工程纤维环的形成，提示可以通过相应地改进提高纤维环细胞在丝素蛋白支架中的生长情况，为组织工程纤维环的发展带来了新方向。

人工皮肤领域的应用研究我国每年因烧伤需进行皮肤移植的患者达百万以上，但目前治疗深Ⅱ度和Ⅲ度烧伤的主要方法依然是自体皮肤移植，突出的问题是大面积烧伤时供皮区不足。丝素蛋白人工皮肤解决了异体（异种）基质病毒的影响和疾病的传播问题，且其原材料提纯简便、来源丰富，多孔丝素膜的制备中避免了复杂、繁琐的合成工艺，容易实现规模化生产，制造成本低。丝蛋白人工皮肤无致敏性、细胞毒性和刺激性，具有良好的生物相容性。其降解产物无毒性和不良反应，其制作的人工皮肤材料有良好的透气、透水性，且对自体皮肤的生长有促进作用。动物实验证明，丝蛋白人工皮肤是一种良好的永久性皮肤替代物，适用于深度烧伤创面。有学者制备了用于创面覆盖的丝素薄膜并与新鲜猪皮在兔身上做对比试验，结果显示，丝素膜的各项性能优于猪皮。应用丝素蛋白制造的人造皮肤已应用于烧伤的临床治疗，有良好的应用性能。而且丝素膜在消毒、剪裁与保存方面也比较方便，因此，是较为理想的外科修复材料。

人造血管抗凝血材料领域的应用研究丝素蛋白具有抗凝血性能，以此可开发人造血管和抗血栓物质。目前，所使用的人工血管根据材质可分为：合成血管、生物血管、表面改性人工血管和支架血管。上述人工血管各有优势，而最大的不足在于大多数不具有生物降解性，或是降解后的产物会引起受体的炎性反应。丝素蛋白改性材料制成的人工血管材料不但具有较好的生物相容性，也具有与人体血管相适应的力学性能，能保证其能顺利植入体内，在体内保持通畅，还具有顺应性和可灭菌性。为了使丝素蛋白具有类似肝素的蛋白结构从而具有抗凝性，有学者尝试在丝素蛋白中导入硫酸基或磺酸基。此外，还有很多种方法，如固定血管性假性血友病因子（VWF）的丝素蛋白材料、接枝2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱（MPC）或褐藻藻酸双酯钠的丝素蛋白材料、RGD-IgG-SPA改性丝素蛋白材料、共混改性的丝素蛋白材料等。丝素蛋白中硫酸基团的介入导致其具有抗凝血剂的功能。目前，此类抗凝血药物已经得到了开发利用。

药物释放载体领域的应用研究丝素蛋白在不同条件下（如温度、pH值、离子强度、浓度、组成和其他高分子作用等）可以发生聚集或组装等行为而呈现多种形态，如水凝胶、膜、微球和微纤等，并通过结合抗生素、蛋白类和基因等药物，构建出多样化的药物释放体系，从而达到不同的释放要求和治疗效果。为调节丝素蛋白的理化性质（特别是对温度和pH值等的响应性），可以添加其他高分子生物材料如弹性蛋白、明胶等。丝素蛋白水溶液可形成由β-折叠为物理交联点的三维网络水凝胶，不仅能用于细胞因子释放载体、药物、DNA以及细胞支架，并且能够实现注射使用，已被广泛用于药物释放载体研究。

人工神经领域的应用研究修复神经创伤仍是当今医学急需攻克的一道难题。由于各种原因造成的不规则神经创面，在恢复过程中由于缺少填充物，将形成神经瘤。因此，目前最有效的修复方法仍是自体移植。但由于供体的稀少，致使大量患者不能得到及时、有效的救治。丝素蛋白修复材料不但具有较好的机械性能和可渗透性，而且修复效果接近自体移植。近10年的研究表明，丝素蛋白作为神经修复材料具备其独特优点：（1）可完全降解，无组织毒性，且能促进神经细胞的再生。非降解性材料需通过后期手术取出。（2）丝素蛋白人工神经能在受体中存在较长时间来满足再生轴突通过远端吻合口。（3）丝素蛋白有足够的空间和表面通透性，满足雪旺细胞的生长和营养物质的运输。丝素蛋白在神经修复材料中具有较高的应用价值。

尿道缺损修复领域的应用研究尿道先天畸形及各种原因引起的尿道狭窄、缺损是泌尿外科常见病，由于尿道黏膜组织有限，给临床治疗带来困难。目前主要采用自体非尿道组织进行修复，并取得较好的临床效果，但仍存在尿瘘、感染、再狭窄、憩室产生、结石形成、毛发生长等并发症。我国学者经过试验证明，用单纯丝素蛋白膜能修复1.5cm短距离尿道缺损，并取得了理想效果。

生物传感器领域的应用研究生物传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。生物传感器应用最多的是酶传感器，由于酶具有高选择性及专一性强等特点，使得生物传感器在样品分析中实现了简单快速的目的。有相关研究表明，酶经丝素蛋白固定后具有较强的耐热性能，并能较长时间地保持酶的活性。丝蛋白膜免疫传感器具有灵敏度高、制备和操作简便、样品用量少、电极稳定等优点。

功能性细胞培养基质领域的应用研究丝素蛋白有结晶区和非结晶区混合结构存在，整体上带负电，带负电的生物材料相容性较好。丝素非结晶区有许多碱性氨基酸，对细胞有一定程度的吸附作用，故能吸引细胞附着在其上面。利用丝素蛋白纤维溶解后溶液电纺、胶水黏结和部分溶解或均化作用等方法制备得到的丝素蛋白无纺布，具有粗糙的形貌、较大的表面积以及优异的柔顺性和力学强度，有利于细胞的黏附和生长，具有较低的免疫原性和较好的生物相容性，并能很好地支持人体多种细胞，如内皮细胞、造骨细胞、上皮细胞、成纤维细胞和角化细胞等的生长，在组织工程材料方面前途广阔。

丝素蛋白胶水的应用研究新近的研究发现，在丝素蛋白溶液里通弱的直流电，正极能够形成凝胶，并能通过pH值、温度、电压等调控凝胶形成过程和凝胶特性。这种厚黏液状电凝胶具有黏着性，并且能够通过变换电极的方法实现其黏着和去黏着行为的可逆性转变，因此这种丝素蛋白胶水可以被设计成生物医用器件，如生物可注射局部固定药物载体、医用胶水以及可控机器人等。

医用生物敷料领域的应用研究在创伤修复“湿润愈合”理论基础上发展起来的新型创面修复及保护材料———现代医用生物敷料，与传统敷料相比，其具有降低感染、加速创面愈合、减轻患者痛苦、提高创面愈合质量、避免创面粘连以及方便医护人员操作与使用等特点。基础研究已经证实，甲壳素是一种天然生物高分子聚合物，具有止血、止痛、抑菌、促进伤口愈合、减小瘢痕、生物可降解性和良好的生物相容性等，但其吸水性较差，并且纯甲壳素敷料的强度低、成形困难。丝素蛋白的加入弥补了甲壳素的这些缺点。

问题与展望

丝素蛋白作为一种无毒、无污染、无刺激性、生物相容性良好和可生物降解的天然高分子材料，在生物医学方面已经得到一定程度的研究与应用，但将其应用于临床治疗方面还有相当长的一段路要走，比如怎样实现丝素蛋白的功能发挥及与其降解的同步性，如何根据不同需要来调整丝素蛋白的溶解性等等，这些还需要科研工作者的共同努力才能得以实现。随着生物技术及科学的发展，丝素蛋白在药物释放领域将有更广阔的应用前景。

作者：郭涛禹正杨单位：南华大学附属第一医院肿瘤外科