可用蚕丝丝素蛋白制作的生物医用材料

生物医用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织和器官或增进其功能的材料。简单到一条缝合线，复杂到人工关节、人工血管等人工器官，都属于生物医用材料的范畴。按照来源的不同，生物医用材料可分为天然生物医用材料（如胶原蛋白、壳聚糖、丝素等）和人造生物医用材料（如聚酯、聚乙烯、有机玻璃、硅橡胶等）。按照材料在生理环境中的生物化学反应水平，生物医用材料分为惰性生物医用材料（如生物医用金属材料钛、不锈钢、锆等以及一些合金材料）、活性生物医用材料（如活性生物陶瓷材料）、可降解和吸收的生物医用材料（如聚乳酸、聚己内酯、丝素等）。

蚕丝作为医用缝合线已有几千年的历史。蚕丝的主要成分丝素蛋白价廉易得、环境友好、生物安全性高，是用于生物医药领域的理想原材料。丝素蛋白作为生物医用材料的优势主要表现在以下几个方面：①蚕丝丝素蛋白具有良好的体内、体外生物相容性，适合用作生物材料。研究表明，丝素蛋白材料不会引起明显的免疫反应，有利于多种哺乳动物细胞和人类成体细胞的黏附和生长，包括内皮细胞、成纤维细胞、成骨细胞、软骨细胞、胶质细胞等。有关研究发现，在家蚕丝素H链N-末端的VITTDSDGNE和NINDFDED片段对成纤维细胞有特异性相互作用，而柞蚕丝素蛋白H链上的RGD序列更有利于细胞的黏附。②蚕丝丝素蛋白是由非脊椎动物蚕的绢丝腺内壁上的内皮细胞分泌出的很纯的蛋白质，不含有细胞器等其他生物杂质，疾病传播的风险小，生物安全性能得到可靠保证。③降解最终产物为氨基酸或寡肽，易被机体吸收。④在我国来源丰富，易获得。我国蚕丝产量约占世界蚕丝总产量的70%。家蚕丝中丝素蛋白约占75%，其余约25%主要是丝胶蛋白，可以通过简单的脱胶工艺除去。⑤有多种方法可成型为高孔隙率材料。

本节将主要介绍可用蚕丝丝素蛋白制作的生物医用材料。

一、丝素线（绳状）材料

蚕丝可以通过对蚕茧进行缫丝而获得，对蚕丝进行编织可得到蚕丝缝合线，包括未脱胶的以及脱胶后再涂层的。还可以用RGD三肽^[2]对蚕丝缝合线进行修饰，研究表明，经修饰的蚕丝缝合线更加有利于细胞的黏附、增殖。利用纺织技术将蚕丝纤维加工成绳状材料可作人工韧带，从韧带上提取的骨髓间充质干细胞以及成纤维细胞可在该蚕丝人工韧带上进行较好的黏附并分化。

二、丝素无纺布

无纺布具有较高的比表面积，其在微观上粗糙的表面有利于细胞的黏附，是一种理想的生物医用材料。利用静电纺丝方法制备的丝素无纺布具有一定的孔隙率，且纤维尺寸可达到纳米及微米级。研究表明，角质细胞、成骨细胞、成纤维细胞、内皮细胞等多种细胞可在丝素无纺布上黏附、生长、增殖、分化，证明了丝素无纺布在骨、血管、皮肤等组织的替代和再生方面的潜在应用价值。丝素也可以和聚己内酯（PCL）、聚氧化乙烯（PEO）、胶原、壳聚糖、明胶、聚乳酸（PLA）等材料共混制成静电纺丝无纺布，这些材料在生物医药领域具有多种用途。

三、丝素膜

纯丝素膜或丝素与其他高分子材料的共混膜可利用流延法进行制备。纯丝素制成的膜根据丝素蛋白二级结构的不同而具有不同程度的透氧透水性能。醇处理可改变丝素蛋白的二级结构，由此可改变丝素膜的力学性能及降解性能。利用层层自组装的方法也可以制成纳米级丝素膜，通过改变溶液条件可控制膜的厚度，该膜可支持骨髓间充质干细胞的黏附和分化。有关研究表明，丝素与其他材料共混制备的膜在性能上也具有一定的优势。丝素与PEO共混可制备不同微结构的膜，通过控制PEO含量可控制丝素膜的表面粗糙度，该膜具有很高的细胞黏附性。动物实验表明，该膜作为创伤敷料具有较好的愈合效果和较低的免疫反应。丝素与纤维素共混制备的透明薄膜比纯丝素膜具有更高的力学强度，丝素与胶原共混制备的薄膜更有利于细胞的黏附、生长、增殖。(www.zuozong.com)

四、丝素水凝胶

水凝胶是一种内部具有网状交联结构的物质，其吸水性很强，但不溶于水，能保持一定的形状。水凝胶可用于药物缓释、医用敷料等生物医用材料领域。由于丝素蛋白具有优越的性质，丝素蛋白水凝胶在生物医用材料领域的应用前景非常广阔。通过控制pH值、添加表面活性剂、利用超声波等方法均可制备丝素水凝胶。实验表明，丝素水凝胶具有较好的药物缓释效果、细胞黏附性以及生物相容性。

五、丝素多孔海绵

多孔结构的生物材料有利于细胞的黏附、分化以及迁移，且更易于细胞营养及废弃物的输运。丝素多孔海绵材料可通过添加制孔剂或通过发泡法、冷冻干燥法制备，所制备的材料孔隙率大、孔径分布范围广、表面粗糙且具有较好的力学性能。对材料的体外细胞实验以及体内动物实验表明，丝素多孔海绵材料具有良好的细胞相容性，可诱导干细胞的分化，并促进组织再生和创伤愈合。

六、丝素管状材料

管状的丝素材料可用作血管或神经导管的替代物或再生支架，目前制备管状材料的方法可归纳为四种：第一种是浸提法。将金属棒浸入丝素浓缩液中然后提拉出来，干燥后丝素会沉积在金属棒上，脱膜后可获得管状材料，反复浸提多次可增加丝素管的厚度。第二种是凝胶纺丝法。将丝素浓缩液通过注射器挤出并逐圈卷绕在旋转的金属棒上，丝素溶液在金属棒上融合形成管状，滴加甲醇定型，脱膜后获得管状材料。第三种是静电纺丝法。用旋转金属杆收集电纺纤维，可形成管状材料。第四种是用纺织加工技术，如编织法或梭织法制备管状材料。

如上所述，丝素是一种性能优良且易加工成型的天然高分子材料，通过各种方法制备的不同性状的纯丝素及其共混材料可作为血管、神经、皮肤、骨、软骨、韧带、肌腱、眼睛、肝脏、膀胱等组织的替代物或再生支架，同时也可用于药物缓释、癌症治疗等生物医药领域。随着国内外相关学者的不断努力，丝素材料在组织再生、药物缓释等领域的研究将更加深入，其应用前景也更加广阔。