絲素蛋白在生物醫學中的研習進度范文

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軟骨組織工程軟骨組織自我修復能力差，較大軟骨缺損的修復仍然是臨床難題，軟骨組織工程提供了一種解決方法。作為軟骨組織工程支架的首要因素要能較好地滿足軟骨細胞的黏附。絲素蛋白力學強度良好、來源豐富、蠶絲蛋白支架對軟骨細胞吸附作用良好，并可維持其正常形態和功能，適合軟骨細胞體培養，逐漸成為軟骨組織工程的一種候選支架材料。由于軟骨組織工程中需要生長因子對細胞增殖分化進行調節，為了更深入地研究這種支架上軟骨細胞的分化潛力，仍然需要進一步的理論探討和載體研究。

肌腱與韌帶組織工程臨床上肌腱和韌帶損傷或缺損很常見，傳統的外科手術采用自體或人造韌帶及肌腱，但不能可靠地恢復其功能。絲素蛋白的力學性能和肌腱接近，蠶絲材料對肌腱細胞吸附性好、降解緩慢、抗拉性能優越，具有治療肌腱缺損的可能性。

椎間盤組織工程目前對于椎間盤突出引起的纖維環損傷沒有理想的治療方法，一些學者嘗試利用蠶絲絲素蛋白來制備組織工程纖維環用于修復受損的纖維環，發現絲素蛋白支架適合纖維環細胞生長，且進一步的研究發現，動態水流條件和支架孔徑大小會影響組織工程纖維環的形成，提示可以通過相應地改進提高纖維環細胞在絲素蛋白支架中的生長情況，為組織工程纖維環的發展帶來了新方向。

人工皮膚領域的應用研究我國每年因燒傷需進行皮膚移植的患者達百萬以上，但目前治療深Ⅱ度和Ⅲ度燒傷的主要方法依然是自體皮膚移植，突出的問題是大面積燒傷時供皮區不足。絲素蛋白人工皮膚解決了異體（異種）基質病毒的影響和疾病的傳播問題，且其原材料提純簡便、來源豐富，多孔絲素膜的制備中避免了復雜、繁瑣的合成工藝，容易實現規模化生產，制造成本低。絲蛋白人工皮膚無致敏性、細胞毒性和刺激性，具有良好的生物相容性。其降解產物無毒性和不良反應，其制作的人工皮膚材料有良好的透氣、透水性，且對自體皮膚的生長有促進作用。動物實驗證明，絲蛋白人工皮膚是一種良好的永久性皮膚替代物，適用于深度燒傷創面。有學者制備了用于創面覆蓋的絲素薄膜并與新鮮豬皮在兔身上做對比試驗，結果顯示，絲素膜的各項性能優于豬皮。應用絲素蛋白制造的人造皮膚已應用于燒傷的臨床治療，有良好的應用性能。而且絲素膜在消毒、剪裁與保存方面也比較方便，因此，是較為理想的外科修復材料。

人造血管抗凝血材料領域的應用研究絲素蛋白具有抗凝血性能，以此可開發人造血管和抗血栓物質。目前，所使用的人工血管根據材質可分為：合成血管、生物血管、表面改性人工血管和支架血管。上述人工血管各有優勢，而最大的不足在于大多數不具有生物降解性，或是降解后的產物會引起受體的炎性反應。絲素蛋白改性材料制成的人工血管材料不但具有較好的生物相容性，也具有與人體血管相適應的力學性能，能保證其能順利植入體內，在體內保持通暢，還具有順應性和可滅菌性。為了使絲素蛋白具有類似肝素的蛋白結構從而具有抗凝性，有學者嘗試在絲素蛋白中導入硫酸基或磺酸基。此外，還有很多種方法，如固定血管性假性血友病因子（VWF）的絲素蛋白材料、接枝2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸膽堿（MPC）或褐藻藻酸雙酯鈉的絲素蛋白材料、RGD-IgG-SPA改性絲素蛋白材料、共混改性的絲素蛋白材料等。絲素蛋白中硫酸基團的介入導致其具有抗凝血劑的功能。目前，此類抗凝血藥物已經得到了開發利用。

藥物釋放載體領域的應用研究絲素蛋白在不同條件下（如溫度、pH值、離子強度、濃度、組成和其他高分子作用等）可以發生聚集或組裝等行為而呈現多種形態，如水凝膠、膜、微球和微纖等，并通過結合抗生素、蛋白類和基因等藥物，構建出多樣化的藥物釋放體系，從而達到不同的釋放要求和治療效果。為調節絲素蛋白的理化性質（特別是對溫度和pH值等的響應性），可以添加其他高分子生物材料如彈性蛋白、明膠等。絲素蛋白水溶液可形成由β-折疊為物理交聯點的三維網絡水凝膠，不僅能用于細胞因子釋放載體、藥物、DNA以及細胞支架，并且能夠實現注射使用，已被廣泛用于藥物釋放載體研究。

人工神經領域的應用研究修復神經創傷仍是當今醫學急需攻克的一道難題。由于各種原因造成的不規則神經創面，在恢復過程中由于缺少填充物，將形成神經瘤。因此，目前最有效的修復方法仍是自體移植。但由于供體的稀少，致使大量患者不能得到及時、有效的救治。絲素蛋白修復材料不但具有較好的機械性能和可滲透性，而且修復效果接近自體移植。近10年的研究表明，絲素蛋白作為神經修復材料具備其獨特優點：（1）可完全降解，無組織毒性，且能促進神經細胞的再生。非降解性材料需通過后期手術取出。（2）絲素蛋白人工神經能在受體中存在較長時間來滿足再生軸突通過遠端吻合口。（3）絲素蛋白有足夠的空間和表面通透性，滿足雪旺細胞的生長和營養物質的運輸。絲素蛋白在神經修復材料中具有較高的應用價值。

尿道缺損修復領域的應用研究尿道先天畸形及各種原因引起的尿道狹窄、缺損是泌尿外科常見病，由于尿道黏膜組織有限，給臨床治療帶來困難。目前主要采用自體非尿道組織進行修復，并取得較好的臨床效果，但仍存在尿瘺、感染、再狹窄、憩室產生、結石形成、毛發生長等并發癥。我國學者經過試驗證明，用單純絲素蛋白膜能修復1.5cm短距離尿道缺損，并取得了理想效果。

生物傳感器領域的應用研究生物傳感器是對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器。生物傳感器應用最多的是酶傳感器，由于酶具有高選擇性及專一性強等特點，使得生物傳感器在樣品分析中實現了簡單快速的目的。有相關研究表明，酶經絲素蛋白固定后具有較強的耐熱性能，并能較長時間地保持酶的活性。絲蛋白膜免疫傳感器具有靈敏度高、制備和操作簡便、樣品用量少、電極穩定等優點。

功能性細胞培養基質領域的應用研究絲素蛋白有結晶區和非結晶區混合結構存在，整體上帶負電，帶負電的生物材料相容性較好。絲素非結晶區有許多堿性氨基酸，對細胞有一定程度的吸附作用，故能吸引細胞附著在其上面。利用絲素蛋白纖維溶解后溶液電紡、膠水黏結和部分溶解或均化作用等方法制備得到的絲素蛋白無紡布，具有粗糙的形貌、較大的表面積以及優異的柔順性和力學強度，有利于細胞的黏附和生長，具有較低的免疫原性和較好的生物相容性，并能很好地支持人體多種細胞，如內皮細胞、造骨細胞、上皮細胞、成纖維細胞和角化細胞等的生長，在組織工程材料方面前途廣闊。

絲素蛋白膠水的應用研究新近的研究發現，在絲素蛋白溶液里通弱的直流電，正極能夠形成凝膠，并能通過pH值、溫度、電壓等調控凝膠形成過程和凝膠特性。這種厚黏液狀電凝膠具有黏著性，并且能夠通過變換電極的方法實現其黏著和去黏著行為的可逆性轉變，因此這種絲素蛋白膠水可以被設計成生物醫用器件，如生物可注射局部固定藥物載體、醫用膠水以及可控機器人等。

醫用生物敷料領域的應用研究在創傷修復“濕潤愈合”理論基礎上發展起來的新型創面修復及保護材料———現代醫用生物敷料，與傳統敷料相比，其具有降低感染、加速創面愈合、減輕患者痛苦、提高創面愈合質量、避免創面粘連以及方便醫護人員操作與使用等特點。基礎研究已經證實，甲殼素是一種天然生物高分子聚合物，具有止血、止痛、抑菌、促進傷口愈合、減小瘢痕、生物可降解性和良好的生物相容性等，但其吸水性較差，并且純甲殼素敷料的強度低、成形困難。絲素蛋白的加入彌補了甲殼素的這些缺點。

問題與展望

絲素蛋白作為一種無毒、無污染、無刺激性、生物相容性良好和可生物降解的天然高分子材料，在生物醫學方面已經得到一定程度的研究與應用，但將其應用于臨床治療方面還有相當長的一段路要走，比如怎樣實現絲素蛋白的功能發揮及與其降解的同步性，如何根據不同需要來調整絲素蛋白的溶解性等等，這些還需要科研工作者的共同努力才能得以實現。隨著生物技術及科學的發展，絲素蛋白在藥物釋放領域將有更廣闊的應用前景。

作者：郭濤禹正楊單位：南華大學附屬第一醫院腫瘤外科