龐永冰

(菏澤醫(yī)學?？茖W校，山東菏澤274000）

絲素蛋白在醫(yī)學領域的研究進展

龐永冰

(菏澤醫(yī)學專科學校，山東菏澤274000）

絲素蛋白/生理學；絲素蛋白/發(fā)展趨勢；

蠶絲是由內(nèi)層的絲素蛋白（Silk fibroin,SF）和外層的絲膠蛋白組成。SF在蠶絲中的含量約為70%～80%，它具有兩性荷電的特殊性能，沒有毒性，具有良好生物相容性、降解性[1]，而且與人體的親和性也很好，同時還可以根據(jù)需要被加工成各種形狀，譬如多孔[2]、膜狀[3]以及管狀[4]等，對開發(fā)中的醫(yī)用材料來說，是一種比較理想的素材。本文將主要介紹由SF制成的多種醫(yī)用材料以及SF在醫(yī)學領域的研究進展和前景展望。

1 SF的基本性質(zhì)

Gly、Ala、Ser這三種氨基酸是組成絲素蛋白的主要成份，這三種氨基酸大約能占到SF蛋白總量的85%，與人體的角朊（皮膚和頭發(fā)的主要成份之一）成份十分相似。在蠶絲中，除了主要含有的SF以外還含有絲膠蛋白，SF引起異常的免疫反應主要是絲膠蛋白[5]，所以在SF的應用中，要盡可能的去除絲膠蛋白。在制成的SF材料中，絲膠蛋白的含量越少，那么材料的生物相容性越好[5-7]。在SF的空間結構中，比較緊密的β折疊是一個結構部分，它不溶于水，但在一些比較特殊的中性的鹽溶劑當中卻能夠進行無限的膨脹，可得到SF黏稠的液體形式，將SF的液體形式先行透析，然后除掉鹽的成份就能夠得到SF的純?nèi)芤海瑢Φ玫降募內(nèi)芤涸龠M行一系列的處理（例如噴霧、噴絲及干燥等），就能夠得到凝膠、薄膜、微孔材料等一系列的SF產(chǎn)品。

2 SF在醫(yī)學領域的應用

2.1 人工皮膚人體的皮膚分為兩層，即表皮層、真皮層。其中有較強再生能力的是表皮層，而真皮層修復力很差，被嚴重損傷后不能再生。真皮層發(fā)生嚴重的損傷后，我們只能通過移植的方法來進行治療，但異體皮膚移植后的排斥反應嚴重影響著治療的效果，故出現(xiàn)了多種的人工皮膚。在體外，通過組織工程將人的成纖維細胞和角化上皮細胞置于SF材料上進行同時培養(yǎng)制成的人工皮膚，已經(jīng)獲得成功[8]。張幼珠等[9]的絲素創(chuàng)面保護膜是應用SF制作成的，這種創(chuàng)面保護膜除了具有良好的柔韌性、透水性外，還與人體有很好的相容性,可以與損傷的創(chuàng)面良好粘附，并且可以先快后慢地把藥物從保護膜里逐漸釋放出來，能夠起到了抑菌、殺菌、以及隔離保護創(chuàng)面的良好作用，促進皮膚的愈合。孫皎等[10]對醫(yī)用的絲素蛋白皮膚再生膜進行了實驗研究，包括細胞毒性和溶血反應等。他們通過研究得出絲素蛋白再生膜總的細胞毒性的級別為1級，細胞的增殖率達到了94%以上，而且沒有發(fā)生溶血反應，符合組織工程生物材料的要求。

2.2 藥物載體絲素蛋白膜可以用于藥物的緩釋劑，其多孔性的網(wǎng)狀膜結構本身就有非常好的吸附、緩釋等功能。在這種結構的基礎上若再通過丙烯酰接枝反應，可以使它的最大吸水率增加到原來的三百倍以上[11]，這能夠使凝膠狀態(tài)的水、乳化油的穩(wěn)定性能大大地提高，最大程度地抑制了揮發(fā)性的成分的蒸發(fā)，大大延緩了藥物釋放速度。某些藥物的半衰期非常短，而且容易被體內(nèi)的酶降解失去活性，尤其是酶類藥物，直接影響到藥物的應用效果。SF能將酶固定，而且能夠使酶有充分的自由度，在穩(wěn)定酶的同時可保持酶的活性。例如把酶性藥物苯丙氨酸酶（主要用于治療苯丙酮尿癥）負載到SF，能夠防止該酶被消化道內(nèi)的胰蛋白酶等酶類作用而失活，起到了明顯延長苯丙氨酸酶半衰期的作用，同時保持了該酶的活性。依此為據(jù)，有人研制了絲素固定的葡萄糖氧化酶膜，將其作為響應部件，用于生物傳感器來測定葡萄糖濃度，獲得了滿意結果[12]。此外，有些藥物價格高，藥物的毒副作用大（如抗癌藥物），直接進行口服的效果較差，而成本卻很高。據(jù)此有學者探究把藥物和一些天然的蛋白質(zhì)進行組合，并在組合的基礎上加上有磁性的粉劑，制作成有磁性的藥物小顆粒，然后通過磁場的作用把藥物直接經(jīng)過血液送到作用部位。這大大地提高了靶器官部位的藥物濃度，提高了生物利用度，同時降低了身體其他部位的藥物濃度，減小了毒副作用。SF的生物相容性良好，無明顯抗原性，可以用于擔當此類藥物的載體。因此，SF在將來會成為制作這種藥物的載體的一種新型材料。

2.3 骨組織修復骨損傷和骨缺損在臨床上非常多見，內(nèi)源性、外源性兩種修復方式仍是目前骨損傷、骨缺損最主要的修復方法。內(nèi)源性的骨組織修復雖然效果比較好，但修復時需要足夠的骨源，在臨床上骨源短缺是困擾醫(yī)生的一大難題。臨床工作者一般先是從身體其他的健康部位取得骨組織，然后再將取得的骨組織移植到發(fā)生骨損傷的部位，但患者卻大多都需要行二次手術。外源性的骨組織修復對骨源不足起到了彌補作用，但該修復方式的效果卻比內(nèi)源性的修復差得多，并發(fā)癥也比較多（如感染）?，F(xiàn)有的外源性骨組織修復的替代物主要是由有機高分子材料、金屬等制成，與人體的骨組織大不相同，而且這些材料與人體的親和性、相容性及力學特性等都不理想。Kaplan等在把SF材料用于骨組織工程修復方面作了許多的研究，通過一系列的研究證明，骨形成蛋白（BMP-2）在SF材料上的生物活性非常好，將SF與BMP-2復合后制成的生物材料對鈣鹽的沉積有支持作用，同時該材料對人類骨髓間質(zhì)干細胞(hMSCs)的生長和分化也有支持作用，這些在一定程度上大大促進了骨組織的形成。將對骨組織生長有促進作用的生長因子添加在支架材料上，從而形成非常有潛力的實用的骨組織修復材料，這種方法也將是一種新的發(fā)展方向。此外，Kaplan等人還將SF支架材料與hMSCs進行復合，然后對復合的材料分別在體內(nèi)體外進行培養(yǎng)[13]，通過該研究證實體外培養(yǎng)的hMSCs/SF復合材料的成骨能力很好，使臨界尺寸的骨缺損能夠治愈。國內(nèi)，李慕勤等[14]將SF加入到透明質(zhì)酸（HA）和殼聚糖復合的材料之中，獲得了天然的高分子的材料，然后他們將兩種支架材料（即HA/CS和HA/CS-SF）分別于成功培養(yǎng)得到的成骨細胞進行混合，通過比較以后證實了HA/CS-SF對于骨細胞的增殖有更好的促進作用。這些學者的實驗研究為骨缺損的臨床治療奠定了堅實的理論基礎。

2.4 人工血管隨著組織工程技術的進步，各種生物醫(yī)學材料有了不斷地發(fā)展與進步，多種多樣的人造血管不斷的出現(xiàn)，并逐步在動物實驗甚至臨床研究上得到了應用。我國早在1957年便開始了蠶絲人造血管的研究制造，上海的絲綢研究所目前已經(jīng)制出不同管徑、不同類型的真絲人造血管。Tamada等[15]已報道，當SF被硫酸化以后，在一定程度上對血液可以起到抗凝作用，故該材料能夠用于制作人工血管，其在日本已經(jīng)被作為一種高新材料應用于人工血管的制造。黃福華等對滌綸材料制成的血管壁的內(nèi)外側用SF進行涂抹，證明涂層SF以后的人工血管較前的滲水率下降了99%左右[16]，該材料被植入人體后不會有漏血情況的發(fā)生，這樣可以使人工血管植入時不再需要提前進行預凝操作，使手術所需時間大大減少，同時也降低了輸血的風險。

2.5 尿道修復尿道狹窄、尿道缺損是泌尿外科的常見病。尿道損傷后，由于自身尿道黏膜的缺陷而致修復難度非常大，故后期容易出現(xiàn)尿道狹窄。目前臨床上常采用自體的皮膚、腹膜、膀胱黏膜、頰黏膜和睪丸鞘膜等組織進行修復，取得了一定的治療效果，但存在著一系列較重的并發(fā)癥（例如結石形成、毛發(fā)生長、憩室產(chǎn)生、尿瘺、再狹窄等），常常需要反復進行診療。劉春曉等人在應用SF修復兔尿道的缺損[17]及對狗尿道缺損不同長度的修復效果[18]的實驗研究中證實，SF對于尿道黏膜上皮細胞和尿道平滑肌的生長有誘導作用，而且對尿道缺損的修復也有促進作用，能夠修復長約1.5 cm的尿道缺損，但單純應用絲素蛋白膜修復較長的尿道缺損(如大于3.0 cm)，效果欠理想。同時，劉春曉等在對兔膀胱移行細胞和絲素蛋白膜相容性的研究中發(fā)現(xiàn)，將在體外培養(yǎng)獲得的膀胱移行上皮細胞植入到SF的浸提液中，可以良好的生長，這為SF在臨床泌尿外科中的應用進一步提供了參考依據(jù)。

2.6 周圍神經(jīng)缺損的修復周圍神經(jīng)發(fā)生損傷缺損后的修復、再生問題對臨床工作者來說一直是個難點。應用手術方法吻合受損神經(jīng)斷端或應用患者自體的神經(jīng)進行移植仍是目前臨床上修復神經(jīng)的兩種主要的方法，但患者術后的恢復效果不能滿意。雖然應用最為經(jīng)典的患者自體的神經(jīng)進行移植修復仍是目前臨床上應用最多的周圍神經(jīng)損傷修復方法，但效果卻仍不能讓臨床工作者滿意。學者們開始嘗試著研制外科植入式的導管來修復損傷的神經(jīng)，這種方法使受損的神經(jīng)在修復再生中取得了一定程度的效果。SF材料是一種良好的生物組織工程材料，已在很多領域被應用。在神經(jīng)組織工程運用方面，Yang等首先對SF在周圍神經(jīng)組織工程應用的生物相容性進行了評價，研究發(fā)現(xiàn)SF與外周神經(jīng)組織的組織相容性很好，對大鼠的背根神經(jīng)細胞的生長具有支持作用，同時可促進雪旺細胞（SCc）的成活，在表型以及功能等等方面沒有發(fā)現(xiàn)細胞毒性[19]，這為SF在神經(jīng)組織工程領域中的應用提供了理論依據(jù)。在國內(nèi)，陸艷[20]等應用SF導管對面神經(jīng)的缺損進行了修復，取得滿意的效果。根據(jù)SF的組織學特點，應用SF制備出組織工程神經(jīng)，然后在體內(nèi)用于外周神經(jīng)損傷缺損的修復是今后的研究方向。

SF的理化性質(zhì)相對穩(wěn)定，具有良好的機械性能、可降解性、生物相容性等，這些奠定了SF在醫(yī)學組織工程中應用的基礎。近幾年來，SF材料在醫(yī)學組織工程應用中的大好前景已被大量的學者經(jīng)實驗研究證實。隨著SF應用領域的逐步拓展，它在高新技術的各個領域會有更廣闊的應用前景。

[1]黃泉楊，吉成，繆競誠.絲素蛋白材料生物相容性評價研究進展[J].國際生物醫(yī)學工程雜志,2007,30(3):163-166.

[2]高欣，張海萍，陳宇，等.絲素蛋白多孔材料及其在組織工程領域的應用[J].紡織學報，2008，29(10)：132-136．

[3]Jyh Ping Chen，Chang Ho Yang.Lipase immobilized on silkfibroin nanofibrous membne for flavorester synthesis[J].Journal of Bioteehnology，2008，136(1)：394．

[4]Michael Lovett，Christopher Cannizzaro，Laurence Daheron，et a1．Silk fibroin micmtubes for blood vessel engineering[J].Biomaterials， 2007，28(35)：5271-5279．

[5]Altman GH，Diaz F，Jakuba C，et a1.Silk-based biomaterials[J].Biomaterials 2003,24(3)：401-416.

[6]Meinel k Hofraann S'Karageorgiou V,et al.The inflammatory responses to silk films in vitro and in vivo[J].Biomaterials,2005,26(2)：147-155.

[7]Santin M,Motta A,Freddi G,et al.In vitro evaluation of the inflammatory potential of the silk fibroin[J]..J Biomed Mater Res,1999,46(3): 382-389.

[8]Dal Pra I，Chiarini A，Boschi A，et a1.Novel dermo—epidermal equivalents on silk fibroin-based formic acid-crosslinked three-dimensional non-woven devices withprospective applications in human tissue engineering／regeneration／repair[J].Int J Mol Med，2006，18(2)：241-247．

[9]張幼珠，吳徽宇，楊曉馬，等.中藥絲素膜的研制及其性能[J].絲綢，1999，(8)：29-30．

[10]孫皎，寧麗，顧國珍，等.醫(yī)用絲素蛋白皮膚再生膜的細胞相容性評價[J].生物醫(yī)學工程學雜志，2000，17(4)：393-395．

[11]常春枝.以蠶絲為原料的抗凝血物質(zhì)的開發(fā)[J].國外絲綢，1997，(4)：34-35．

[12]木船爾.人造皮膚[J].纖維學會志，1991，47(3)：110-146.

[13]鄭忠厚.組織工程與家蠶絲素蛋白[J].國外絲綢，2006,12（5）:31-33.

[14]李慕勤，王健平，趙莉.天然高分子/羥基磷灰石支架材料對成骨細胞增殖的影響[J].黑龍江醫(yī)藥科學，2008，31(5)：1-2．

[15]Tamada Y.Sulfation of silk fibroin bv chlorosulfonic acid and the anti—coagulant activity[J].Biomaterials,2004，25(3)：377-383．

[16]黃福華，鄭軍，孫立忠.一種新的人工血管涂層及其實驗研究[J]．北京生物醫(yī)學工程，2008，8(4)：399-403．

[17]劉春曉，林陽彥，李虎林，鄭少波.絲素蛋白膜修復兔尿道缺損的實驗研究[J].南方醫(yī)科大學學報,2007,27(8):184-187.

[18]劉春曉，陳偉豪，鄭少波等.絲素蛋白膜對犬不同長度尿道缺損的修復效果[J].中國組織工程研究與臨床康復，2008，12(19)：3613-3616．

[19]Dal Pra I，Chiarini A，Boschi A，et a1.Novel dermo—epidermal equivalents on silk fibroin-based formic acid-crosslinked three-dimensional non-woven devices withprospective applications in human tissue engineering／regeneration／repair[J].Int J Mol Med，2006，18(2)：241-247．

[20]陸艷,遲放魯,趙霞,邵正中,曹正兵.絲素導管修復面神經(jīng)缺損的實驗研究[J].中華耳鼻咽喉頭頸外科雜志，2006,41(8)：603-606.

Q813；Q819

A

1008-4118（2014）03-0070-03

10.3969/j.issn.1008-4118.2014.03.32

2014-06-03