优良的生物材料--丝素蛋白.doc

优良的天然生物材料丝素蛋白摘要：本文简单介绍了一种天然高分子纤维蛋白丝素蛋白，由于其具有良好的生物相容性及降解性，被广泛研究用于生物医药材料。本文就丝素蛋白的性能、制备及相关应用简单作了综述。关键词：丝素蛋白 天然高分子 生物医用材料 生物相容性0引言丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，由蚕茧缫丝脱胶而得到,来源丰富,是一种无生理活性的天然结构性蛋白。丝素蛋白由分子量为5万左右的小肽链和分子量为3O万左右的大肽链组成。其蛋白质的氨基酸组成以甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸为主，与人体的皮肤和头发的角朊极为接近，这成为一些研究中，将丝素用于人造皮肤制造的原因之一。丝素蛋白的结晶部分为较为紧密的B折叠结构，在水中仅发生膨胀而不能溶解，亦不溶于乙醇等有机溶剂，但可在一些特殊的中性盐溶液中发生无限膨胀形成粘稠的液体，透析除盐即可得到丝素的纯溶液。然后通过喷丝、喷雾或延展、干燥等处理，可得到再生丝、凝胶、薄膜或微孔材料等产品。丝素蛋白材料具有良好的生物相容性，在生物医用材料领域的应用前景甚广。1丝素蛋白的主要性能1.1可生物降解性材料的降解性也是衡量其能否作为组织替代品的标准之一。理想的人工组织材料应具有与修复区组织细胞生长一致的降解速率。同时，不能降低相关的力学性能，这样才能为新生组织提供相应的力学支撑。丝素蛋白可降解吸收，但需时较长，因为蛋白质水解反应通常由一种异体反应控制，而吸收速率与移植点、机械环境、健康状况、生理特点、种类及丝素纤维直径有关。因蛋白酶作用点的不同，不同的酶对丝素蛋白的降解程度各异。研究表明，丝素膜在37、1.0U/mL蛋白酶X IV作用15d降解70%，胶原酶I A降解52%，-糜蛋白酶降解32%。降解过程中丝素膜内孔孔径逐渐扩大，至完全崩解。丝素膜经不同酶讲解后平均相对分子质量由小到大依次为：蛋白酶X IV、胶原酶IA、-糜蛋白酶，经蛋白酶X IV降解后的制品一半以上是游离氨基酶。1.2生物相容性作为组织的替代品，人工材料首先应具有较好的生物相容性，并适宜细胞的附着、延伸和繁殖。生物相容性是由材料本身和结构决定的，一般分为材料表面的生物相容性和结构相容性两方面，表面相容性由材料表面的化学性质控制，影响细胞的贴附和延伸；结构上的生物相容性是指材料在空间结构上影响细胞的生长和繁殖。去除丝胶的丝素蛋白纤维不会引起T细胞调节的体内应答，可以支持细胞黏附、分化和组织形成。1.3丝素蛋白与细胞培养通常将材料置于细胞生长环境中，观察细胞在材料表面或内部的附着速度、增殖以及细胞形态，以判断材料在细胞环境下是否适应。作为构成软骨、筋膜、细胞间质等的胶原蛋白，是人体内含量最多的蛋白质，生理性质和材料性能独特，具有较低抗原性、良好细胞适应性和增强皮肤代谢作用等，广泛存在于皮肤、骨骼与结缔组织中。丝素蛋白具有类似胶原蛋白的性质，能促进细胞生长。丝素蛋白因含有细胞结合结构域，理喻细胞粘连，可作为胶原蛋白的替代品。2丝素蛋白的制备蚕丝经过适当的处理后，可制备成多种形状，如凝胶、薄膜、纤维、粉末等，应用于食品、化妆品、医药等领域。天然丝素蛋白不溶于水，为了能够应用于这些领域，必须先制备成可溶性丝素蛋白溶液。目前一般是采用在高浓度的中性盐溶液中加热溶解丝素蛋白，脱盐后得到丝素蛋白溶液。这些盐类主要有硝酸镁、溴化锂和氯化钙等，由于氯化钙价格便宜，又接近普通食用盐，所以通常以CaCl2-乙醇-水组成的三元溶液（摩尔比为1：2：8）作为溶剂溶解丝素，后进行脱盐处理即得到丝素蛋白溶液。3丝素蛋白在医学领域的应用蚕丝最早被用作手术缝合线，相对其他缝合材料，蚕丝的亲和力和适应性非常强，在伤口愈合后可被人体吸收降解，患者免受拆线的痛苦。由于最初采用的蚕丝缝合线表面仍残留部分丝胶，引起炎症反应，所以在过去仅限于小范围使用，并未得到推广。直至今年，通过对蚕丝结构的深入研究，蚕丝中的丝素蛋白由于具有优良的生物性能，又可制备成孔状、膜状、管状等多种形态，广泛地应用于人工神经、骨组织修复、人工血管、微胶囊、人工皮肤等生物医学领域。3.1人工神经神经创伤修复是当今医学的一大难题。由于创伤、疾病等造成的不规则神经创面，恢复过程中如果缺乏必需的填充物，将导致神经瘤的形成。因此，自体移植到目前为止仍被认为是最有效的修复方法。长期以来由于供体的严重匮乏，以及替代材料的研究进展缓慢，致使大量患者得不到及时有效的治疗。修复神经的非神经材料有硅胶管、骨骼肌、动脉或静脉血管和几丁质等。有研究者在丝素纤维上和丝素提取液中分别培养鼠背根神经和坐骨神经，通过与对照比较发现，丝素对2种细胞的存活和生长无负面效应，这为丝素作为神经材料的开发奠定了基础。通过对丝素、自体移植材料和缺损空白材料在6个月内对雄性鼠坐骨神经缺损的修复效果的对比发现，含有丝素纤维的丝素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。由此表明：丝素在神经修复材料中具有较高的应用价值。3.2骨组织修复材料人类由于先天缺陷、磕碰、肿瘤及矫形等诸多原因均会造成骨损伤，骨修复是骨科的一个重要课题。而骨的修复必须有种子细胞、支架材料和生物因子三个要素，其中支架材料尤为重要，能够为组织工程提供细胞基质，维持细胞的增殖并保持其分化功能，提供暂时的力学支撑，满足组织修复和重建的要求。丝素具有良好的生物相容性，人类干细胞、成骨细胞、软骨细胞、内皮细胞和上皮细胞等均能在家蚕丝素蛋白材料上较好地黏附、扩展、生长及分化。此外，对丝素蛋白进行修饰，或与其他天然生物大分子、合成高分子（如壳聚糖、明胶、海藻酸钠、间规聚乙烯醇等）进行共混，能够得到性能优异的支架材料，满足组织工程对支架材料的多方面要求。3.3人工血管利用丝素具有的抗凝血性能可以开发人工血管。将丝素涂覆在聚酯纤维的表面,然后将这种材料注入活犬的大腿静脉中进行活体试验,结果对血栓的形成有抑制作用。如将丝素溶液干燥成膜时，把具有抗血凝固性能的药品加入其中，就可制造人造血管，这一研究已取得突破性进展。将蚕丝用浓硫酸处理后，使蚕丝分子中含有大量的硫酸基,形成具有抗血液凝固活性的化合物。一般血液抽出后5min就会凝固，而添加了蚕丝化合物后,即使经过2h以上亦不产生凝固反应。若使用氯化硫酸代替浓硫酸，得到的抗血液凝固活性提高约100倍。这种物质造价低,可作为抗凝血的试用药，亦可用来提高人造血管的生物机能。除此之外，还可以对丝素蛋白进行表面磺酸化。采用二氧化硫等离子体处理在丝素蛋白膜引入磺酸基团；或丝素蛋白膜用氨气等离子体处理后利用 1,3-二丙磺酸内脂与氨基的反应在材料表面接枝磺酸基团。两种方法均能在丝素蛋白膜表面有效地接枝磺酸基团，而且材料的抗凝血性能有显著提高。而且这些材料都可以低价制造，从而使丝素蛋白在人造血管的制造与应用方面具有较好的前景。3.4微胶囊微胶囊在生物医学界已有广泛的研究。微胶囊化是首先把药包敷的物料分散，然后以细粒为核心，在其表面凝结成膜材料的一项技术。在该过程中形成的微小囊体称为微胶囊。微胶囊的粒径一般在5200m。囊膜可以是单层的也可以是多层的。微胶囊膜以及微胶囊化技术是保证微胶囊质量以及控制药物释放的关键。众多研究表明丝素蛋白因具有良好的生物相容性，可用于制备固定酶和药物缓释载体等，为微胶囊的研制提供了一定的物质基础。3.5人工皮肤我国每年因烧伤需进行皮肤移植的患者达百万以上，但目前治疗的主要手段仍是移植自体皮肤，突出的问题是缺少真皮的创面愈合后凹陷、受皮区疤痕增生，影响外观和功能，且大面积烧伤时供皮区不足。人体皮肤主要分为表皮和真皮，表皮位于皮肤的最外层，与外环境相接触，主要起保护作用。丝素蛋白膜既有良好的透水、透气性，又对创面有较强的黏合力而无占位现象(即不影响人工皮肤覆盖下自体皮肤的生长)，不被细菌穿透，而且遇湿更加柔软，与创面的贴附良好，再加上丝素蛋白膜光滑柔软、无刺激性，因此是人工皮肤和创面覆盖等极为理想的材料。4结束语丝蛋白作为一种天然高分子蛋白，有较好的生物体相容性及降解功能，经处理后的丝素纤维、丝素膜等可被用作优良的生物材料。开发和应用丝素，将为我国医药卫生工作提供新途径，随着丝素蛋白在高新技术应用领域的拓宽，它将有更广阔的应用前景。但是如何更好地控制基于蚕丝的人工生物材料的生物力学性能、孔径和孔隙度、降解速率等以适应不同组织修复的要求，研制出更理想的人工组织材料，还有待于进一步的、更广泛而深入地研究。参考文献：1 王宏昕，李敏.丝素蛋白作为组织工程生物材料的研究进展J.中国修复重建外科杂志，2008，22（2）192-1952 赵珍，陈立艳，赵晓军.原子力显微镜下丝素纤维及丝素蛋白的形态结构研究J.四川动物，2008，27（6）974-9773 中国组织工程研究与临床康复杂志社学术部.丝素蛋白材料在临床医学领域的应用J. 中国组织工程研究与临床康复，2011,15（29）：5325-53264 李玲玲.丝素蛋白的制备与表征J.重庆工贸职业技术学院学报，2012（1）：48-505 侯春春，张胡静，李圣春，等.蚕丝蛋白生