(重要)基于自组装的丝素蛋白材料应用研究进展_王蜀

蚕丝丝素蛋白在骨科领域的应用进展吴小建【摘要】@@ 骨缺损、软骨损伤以及肌腱和韧带损伤等由于移植物来源短缺或者移植后存在多种副反应,治疗上非常困难,成为骨科领域亟待攻克的难题.目前的研究主要集中在可降解支架材料方面(包括人工合成材料和天然材料),这些材料均存在自身缺点:如人工合成材料力学性能较差,体内降解速度过快,并且产生酸性降解产物;天然材料如胶原蛋白、海藻酸盐以及壳聚糖等则存在力学性能差,易引起疾病传播等.【期刊名称】《临床骨科杂志》【年(卷),期】2011(014)002【总页数】4页(P214-217)【关键词】丝素蛋白;组织工程;骨;软骨;缓释【作者】吴小建【作者单位】南京大学医学院附属鼓楼医院骨科,江苏,南京,210008【正文语种】中文【中图分类】R318.17;R687;R341骨缺损、软骨损伤以及肌腱和韧带损伤等由于移植物来源短缺或者移植后存在多种副反应，治疗上非常困难，成为骨科领域亟待攻克的难题。

目前的研究主要集中在可降解支架材料方面(包括人工合成材料和天然材料)，这些材料均存在自身缺点:如人工合成材料力学性能较差，体内降解速度过快，并且产生酸性降解产物;天然材料如胶原蛋白、海藻酸盐以及壳聚糖等则存在力学性能差，易引起疾病传播等。

近年来研究发现，蚕丝丝素蛋白具有良好的生物相容性，力学性能优良，可生物降解，可以作为骨科组织修复的一种材料。

笔者就蚕丝丝素蛋白在骨科领域的应用进展综述如下。

1 蚕丝丝素蛋白的性质蚕丝的组成包括20%～30%的丝胶蛋白、70% ～80%的丝素蛋白以及微量的色素、碳水化合物等。

丝素蛋白由蚕丝经过脱胶而制得，是一种无生理活性的天然生物大分子，由18种氨基酸组成，其中甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸占80%以上。

丝素蛋白有SilkⅠ和SilkⅡ两种构象，SilkⅠ构象包括无规则线团和α-螺旋，Silk Ⅱ构象则为反平行β-折叠［1］。

丝素蛋白结构以稳定的反平行β-折叠构象为基础，两种构象间可通过各种条件的改变来互相转变，这种结构决定了丝素蛋白在长轴方向强度很高，同时具有一定的延展性，综合力学性能远优于普通合成纤维。

中国材料研究学会科学技术奖丝素蛋白纤维及功能化材料制备关键技术及应用在材料科学领域，丝素蛋白纤维及功能化材料的制备关键技术一直备受关注。

这些技术在生物医学、纺织、环保等多个领域具有广泛的应用前景。

本文将详细介绍中国材料研究学会科学技术奖中，关于丝素蛋白纤维及功能化材料制备关键技术及应用的相关内容。

一、丝素蛋白纤维概述丝素蛋白纤维是一种天然生物高分子纤维，来源于蚕丝。

它具有优异的生物相容性、降解性、力学性能和生物活性，因此在生物医学、生物工程等领域具有重要应用价值。

二、丝素蛋白纤维制备关键技术1.提取技术：通过优化提取工艺，从蚕丝中高效提取高纯度的丝素蛋白。

2.纺丝技术：采用溶液纺丝、湿法纺丝等方法，将丝素蛋白溶液转化为纤维形态。

3.热处理技术：对丝素蛋白纤维进行热处理，提高其力学性能和稳定性。

4.改性技术：通过化学或生物方法对丝素蛋白纤维进行改性，赋予其新的功能。

三、功能化材料制备关键技术1.复合材料：将丝素蛋白纤维与其他高分子材料复合，制备具有优异性能的复合材料。

2.纳米材料：利用丝素蛋白纤维的纳米尺寸，制备纳米级功能材料。

3.智能材料：通过调控丝素蛋白纤维的结构和组成，实现对其性能的智能调控。

四、应用领域1.生物医学：丝素蛋白纤维在生物医学领域具有广泛的应用，如组织工程、药物载体、生物支架等。

2.纺织：利用丝素蛋白纤维制备的高性能纺织品，具有保暖、抗菌、护肤等功能。

3.环保：丝素蛋白纤维可制备生物降解材料，应用于环保领域。

4.其他：在航空航天、军事、食品等领域，丝素蛋白纤维也有广泛的应用前景。

五、总结中国材料研究学会科学技术奖中，丝素蛋白纤维及功能化材料制备关键技术及应用的研究成果，为我国材料科学领域的发展做出了重要贡献。

这些技术的突破，不仅有助于推动相关产业的转型升级，还将为人类生活带来更多福祉。

丝素蛋白一、丝素蛋白的结构基础二、丝素蛋白的特点三、丝素蛋白的获取四、丝素蛋白的应用文献一《丝素蛋白作为生物材料的基础研究》蚕丝中的丝素蛋白作为纯天然生物高分子材料用于医用领域已经有很长历史, 而将其用于细胞培养的基质和组织工程, 是近年来丝素蛋白研究与应用的热点。

丝素蛋白完全可以用作细胞生长的表面基质, 可替代常用的胶原蛋白。

本文尝试应用丝素薄膜作为贴壁依赖型动物细胞的生长表面基质, 以研究丝素薄膜作为生物材料在细胞培养上的特性。

实验中以猪髋动脉内皮细胞(Po rcineiliac a r te ryendo the lia lce ll, 简称P IEC)为模型细胞, 同时用酸性成纤维生长因子(aF GF)对丝素薄膜进行处理, 以噻唑蓝(M T T)法的细胞计数测定方法, 通过与普通培养孔板上的对照实验, 观察此细胞株在丝素薄膜表面的粘附与生长等行为, 从而检验丝素薄膜的生物相容性, 并确定丝素薄膜经aF GF处理后对细胞吸附能力的强化。

丝素薄膜的制备: 将去蛹蚕茧放入煮沸的5g/L的N a2CO3 溶液中, 固液比为1∶15(g∶mL), 煮沸时间为40m in, 反复2次, 以脱除蚕丝中的丝胶蛋白。

煮沸后的丝素蛋白固形物用去离子水反复洗净, 在真空干燥箱中20°C干燥24h。

所得的丝素蛋白固形物放入500g/L的CaC l2溶液中, 固液比为1∶10,煮沸直至丝素蛋白完全溶解(15～30m in)。

将所得丝素2CaC l2 溶液抽滤去除杂质, 其滤液在透析膜中不断用去离子水透析2～3d以完全去除CaC l2, 得纯净的丝素蛋白溶液。

经SD S2PA GE凝胶电泳实验测得, 丝素蛋白在溶液中为相对分子质量分布于43 000～331 131u的连续体系。

配制蛋白质浓度为5～15m gömL的丝素蛋白溶液, 用移液器注入24孔孔板中, 在烘箱中40°C干燥24h以形成薄膜。

丝素蛋白支架材料生物可控降解性的研究进展王进;王思群;魏亦兵;陈飞雁;黄钢勇;陈杰;石晶晟;赵广雷【摘要】丝素蛋白是目前组织工程领域研究较为广泛的生物支架材料之一,其降解速率受许多因素的影响,通过控制这些影响因素,有望对丝素蛋白的降解速率进行更可靠的控制.本文通过查阅国内外关于丝素蛋白生物材料降解性的研究文献,对丝素蛋白支架材料生物学可控降解性的研究进展作一综述.【期刊名称】《复旦学报（医学版）》【年(卷),期】2018(045)005【总页数】4页(P744-747)【关键词】丝素蛋白;组织工程;生物降解【作者】王进;王思群;魏亦兵;陈飞雁;黄钢勇;陈杰;石晶晟;赵广雷【作者单位】复旦大学附属华山医院骨科上海 200040;复旦大学附属华山医院骨科上海 200040;复旦大学附属华山医院骨科上海 200040;复旦大学附属华山医院骨科上海 200040;复旦大学附属华山医院骨科上海 200040;复旦大学附属华山医院骨科上海 200040;复旦大学附属华山医院骨科上海 200040;复旦大学附属华山医院骨科上海 200040【正文语种】中文【中图分类】Q816生物医学领域组织工程技术的发展为组织、器官的修复、再生提供了新的方向和手段[1-3]。

为寻找合适的生物支架材料,学者们做了大量的尝试,包括金属、生物陶瓷和生物聚合物类材料。

但是,金属材料的生物相容性及降解性仍存在问题;生物陶瓷类材料脆性高且降解速率不稳定,如羟基磷灰石、磷酸三钙等;而生物聚合物类材料机械性能较差,降解速度较快,如胶原、明胶和聚乳酸-羟基乙酸共聚物(polylactic-co-glycolicacid,PLGA)等,这些缺陷都极大地限制了其在生物组织工程领域的应用[4-5]。

丝素蛋白作为一种天然材料,具有良好的生物相容性和一定的机械强度[6],已广泛应用于生物医学领域,如手术缝线、药物缓释材料[7]。

丝素蛋白作为各种组织工程支架材料[8-11],主要应用形式有水凝胶[12]、薄膜[13-14]、纳米纤维[15]及三维多孔支架[16]等。

丝蛋白在生物医药材料中的研究进展刘琳;穆畅道【摘要】丝蛋白属线状蛋白质,具有独特的结构和性能特点,本文综述了丝蛋白作为药物载体、骨组织修复材料、神经与血管移植等生物医药材料的功能开发和研究进展.【期刊名称】《四川职业技术学院学报》【年(卷),期】2015(025)002【总页数】3页(P153-155)【关键词】生物医药材料;丝蛋白;生物相容性;生物降解性【作者】刘琳;穆畅道【作者单位】四川大学化学工程学院四川成都 610065;四川大学化学工程学院四川成都 610065【正文语种】中文【中图分类】R915丝蛋白，又名丝素蛋白，属线状蛋白质，具有抗蛋白水解酶、抗紫外线，而且以其显著的柔韧性、抗疲劳和与钢材相似的张力强度，高温下的热稳定性，在酸碱条件下的稳定性，在-50℃～60℃的温度范围内保持有良好的弹性等.丝蛋白以其良好的生物相容性和生物降解性成为生物医药材料中的重要天然材料.以其高纯度、低价格等优点，在生物医药材料上的有广阔的应用前景.主要包括：药物载体、骨骼与软骨组织修复材料、神经与血管移植等.1.1 生物相容性生物医药材料应具备良好的生物相容性，并能使细胞在该材料上生长与繁殖，研究表明［1-3］，从实验小白鼠不同组织的采集的不同细胞，培养在丝蛋白膜上，惊奇地发现，细胞均能在其表面上生长与繁殖，且细胞间也联系致密.另一项研究中，［4］传统材料修复兔大腿骨损伤的效果与新材料丝蛋白凝胶修复效果进行比较，以梁小骨的厚度、间隙、数量等作为依据，实验数据表明，丝蛋白凝胶更有利于兔大腿骨损伤的恢复，兔大腿骨的成骨细胞也能很好的与丝蛋白材料结合.1.2 生物降解性生物医药材料中的人工组织材料必须具有与修复区组织细胞生长一致的降解速率。

如果其降解速率不一致，其相关的力学性能会降低，就不能为新生组织提供相应的力学支撑，同时也会引起组织免疫反应等。

在一项研究中［5］，于丝蛋白支架上模拟骨细胞的生长环境，培养骨髓干细胞一个月后，丝蛋白支架降解对羟基磷灰石的沉淀、类骨小梁细胞的生成有利，若将丝蛋白植入小鼠的骨缺损区，一个月后有新骨形成.2.1 药物载体固态或液态药物被高分子材料包封形成的微小囊状粒子，我们称之为微囊［6］.目前，微囊在药物制剂中已被广泛的研究.微囊可以改变药物释放曲线、吸收、分布、消除，对于提高产品的疗效和安全性［7］，以及提高病人的方便性与依从性.微囊膜以及微囊化技术是保证微囊质量以及控制药物释放的关键.由于丝蛋白的优良特性，通过研究表明［8］其可用于制备固定酶、药物缓释或控释载体，装载酶、核酸、多肽、蛋白质药物等，为微囊的研制提供基础.在药物靶向传递的发展中［9］，使药物在体内流向唯一活性的靶向区域（例如，在癌细胞区域），并持续释放制剂，其微囊中的药物在一段时间内从制剂中以控制的方式被释放.Dkevint等、Gjohnt 等、刑铁玲等［10-12］的实验得出了丝蛋白很适合制备成微囊的结论，并且其具有一定的机械强度，也具有良好的化学稳定性能，可以很容易地封装大分子，同时允许小分子可以自由渗透.丝蛋白微囊代表了一类能在分子水平上进一步改进与控释功能的新材料.2.2 骨骼与软骨组织修复材料骨骼与软骨组织是坚硬的结缔组织，由细胞、纤维和基质构成［13］.而丝蛋白在这之中起到的支架作用尤其重要.其优异的机械性能、较低的炎症反应、缓慢生物降解性能和完善的生物相容性能，使其必然会成为骨骼与软骨组织修复材料中的主要材料之一.张锋等［14］的研究充分证明了低降解速率的丝蛋白支架，其在体内外骨发生研究方面具有潜在应用价值；谢瑞娟等［15］将非水溶性的丝蛋白加入到磷酸钙骨水泥中，制成复合粉体，再按一定的液固比将复合粉体调和成糊状物，转化为与骨有相似结构的丝蛋白-磷酸钙骨水泥复合材料.它具有良好的力学性能和生物相容性，通过注射器直接注入手术部位，可准确塑型固化作为骨修复的充填材料使用；或者在体外环境中自固化后再植入体内，作为骨修复的植入材料使用.NSunita等［16］研究丝蛋白与金属钛的功能化应用，mRNA转运了骨涎蛋白、骨钙蛋白和碱性磷酸酶到成骨细胞，强化丝蛋白、丝蛋白-RGD固定化钛基体培养.当巨噬细胞和成骨-巨噬细胞共同培养在丝蛋白固定化的钛表面，记录显示，没有产生大量的促炎性细胞因子，如：TNF-α、1L-1β、一氧化氮等.研究结果表明，丝蛋白固定化的钛表面有潜在的以钛为基础，植入有用的生物活性涂层材料.2.3 神经与血管移植丝蛋白应用于神经移植是因为丝蛋白与末梢神经组织、细胞的生物相容性很好［17］，实验中还提到，神经导管释放的神经营养因子可以穿过神经缺口增强神经再生［18］，而丝蛋白作为支架，植入一个10毫米长的坐骨神经缺损的小白鼠，实验结果表明，丝蛋白也能促进末梢神经的再生，其效果接近于神经自体移植。

丝素蛋白材料的制备及应用丝素蛋白是从蚕的丝腺中提取出来的一种高分子蛋白质，是一种具有优异性能和多种应用领域的材料。

丝素蛋白具有优异的生物相容性、生物降解性和可降解性，因此被广泛用于医疗保健、药物传递、组织工程、纺织品和食品工业等领域。

本文将探讨丝素蛋白材料的制备方法及其在各个领域的应用。

一、丝素蛋白的制备方法1.1从蚕茧中提取：最常用的方法是利用蚕茧提取丝素蛋白。

首先要将蚕茧煮沸，使蚕蛹死亡，然后将蚕茧浸泡在碱性水溶液中，使丝素蛋白的结构产生变化，最后提取出丝素蛋白并进行纯化处理。

1.2培养蚕卵细胞：通过培养蚕卵细胞或转基因蚕来生产丝素蛋白。

这种方法可以大量生产丝素蛋白，但需要技术上的支持和长时间的研究。

1.3培养细胞工程技术：利用培养细胞工程技术，将丝素蛋白基因导入细胞中，并在体外培养细胞以生产丝素蛋白。

这种方法可以实现定制化生产丝素蛋白，并可以控制其质量和纯度。

二、丝素蛋白的应用2.1医疗保健领域：丝素蛋白具有良好的生物相容性和可生物降解性，可以用于制备医疗敷料、生物组织支架、蛋白荷载纳米颗粒等。

丝素蛋白具有优异的生物降解性，可在人体内迅速降解，减少对患者的创伤。

2.2药物传递领域：丝素蛋白可用作药物传递的载体，可以将药物包裹在其内部，通过调控丝素蛋白的结构和性质，可以实现药物的缓释和靶向传递。

丝素蛋白在药物传递领域的应用有望为药物疗效提供新的途径。

2.3组织工程领域：丝素蛋白具有优异的力学性能和生物相容性，可以用于制备生物支架、组织工程膜、人工皮肤等。

丝素蛋白支架可以为细胞的生长和增殖提供支持，并促进组织再生和修复。

2.4纺织品领域：丝素蛋白具有优异的光泽和柔软性，可以用于制备高档纺织品，如丝绸、面料、围巾等。

丝素蛋白纤维具有良好的吸湿性和透气性，可以调节人体温度，是一种理想的纺织材料。

2.5食品工业领域：丝素蛋白可以用作食品添加剂，具有增稠、凝胶和乳化等功能。

丝素蛋白可以用于制备果冻、奶酪、蛋糕等食品，提高其质地和口感。

丝素蛋白材料在癌症治疗上的研究进展丝素蛋白材料因其具有优良的机械性能、生物相容性和生物降解性等性能，已经从纺织材料逐渐转变为具有多种功能的普适性生物材料。

通过温和的方式，丝素蛋白可制备成颗粒、薄膜、多孔支架以及凝胶等多种形态，使得丝蛋白能够满足生物医用材料的不同需要，已被广泛应用于生物医学领域。

本文从作为瘤内载药系统，静脉注射载药系统，以及三维支架癌症模型，对丝素蛋白材料在癌症治疗中的研究进行了综合论述。

标签：生物材料；丝素蛋白；癌症治疗0 引言蚕丝蛋白是由家蚕腺体合成并分泌的一种天然高分子蛋白质。

蚕丝蛋白主要由丝素以及包裹丝素的丝胶组成。

丝胶蛋白大约占蚕丝蛋白的25～30%，是一种天然的粘合剂[1]。

丝胶蛋白会引起免疫反应，所以应在煮沸的碱溶液中将其除去[2]。

丝素由重链（分子量约为390 kDa）、轻链（分子量约为26 kDa）和糖蛋白P25以摩尔比6∶6∶1组成，重链与轻链以二硫键连接。

丝素蛋白是一种模块型聚合物，它是由丰富的亲水性片段连接着的疏水性β-折叠片段组成。

其中亲水性的链状片段主要为无规卷曲和α-螺旋结构，其赋予了丝素蛋白柔软、有弹性等特点。

而构成结晶区的疏水性β-折叠片段使得蚕丝蛋白具有较高的强度和韧性，保证了丝素蛋白材料具有较强的机械性能[1，3]。

除了较好的机械性能外，丝素蛋白材料还具有良好的生物相容性和生物降解性[1]。

丝素蛋白已经被组装成不同形式的材料，这使得这种生物聚合物能从传统的纺织行业过渡到广泛的生物医学行业。

以上这些优势，使得丝素蛋白在生物医学领域，尤其是组织工程，药物运载系统以及疾病治疗领域具有巨大的应用价值。

1 蚕丝蛋白材料在癌症治疗上的应用抗癌药物的绝大多数是难溶于水的，因此，能够结合和释放这些药物的生物运载材料将提高药物的生物利用度，并有助于更好的治疗效果。

丝素蛋白已被加工成薄膜[4，5]，水凝胶[6]，涂层[7]，丝素棒[8]，微球和纳米颗粒[9，10]，以及3D支架[11，12]等参与到癌症治疗的研究中。

丝素蛋白材料制备及应用进展作者：明津法黄晓卫宁新潘福奎左保齐来源：《丝绸》2021年第02期摘要：为深入了解丝素蛋白材料的制备技术及应用研究现状，文章介绍了湿法纺丝、干法纺丝等制备丝素蛋白纤维类材料的制备技术及纤维性能特点，发现湿法纺丝中纺丝液浓度普遍低于干法纺丝，且湿法纺丝过程中凝固浴对材料性能影响波动较大。

冷冻干燥法、盐析法、发泡法等制备丝素蛋白支架类材料，冷冻干燥法获得丝素蛋白支架孔隙率可高达99%。

同时，对不同制备技术获得的丝素蛋白材料性能进行分析，综述了丝素蛋白材料在智能纺织品、生物医药、光电学器件等领域应用研究。

指出可通过再生制备技术进行结构设计和材料功能化，可提升蚕丝的附加值和拓宽其应用领域，实现蚕丝产品的多元化应用。

关键词：湿法纺丝;蚕丝;丝素蛋白;智能可穿戴;生物医用Abstract： In order to deeply understand the research status of the preparation and application of silk fibroin materials， this paper introduces the preparation techniques of silk fibroin fibers， such as wet spinning and dry spinning and the properties of such fibers. It is found the concentration of spinning solution in wet spinning is generally lower than that in dry spinning， and the coagulation bath in wet spinning has a great impact on the properties of materials. Silk fibroin scaffolds are prepared by freeze-drying， salting out and foaming etc. The porosity of silk fibroin scaffolds obtained by freeze-drying can be up to 99%. At the same time， the properties of silk fibroin materials obtained by different preparation techniques are analyzed. The applications of silk fibroin materials in intelligent textiles， biomedicine and optoelectronic devices， etc. are summarized. It is pointed out that the structural design and functionalization of silk by regenerative preparationtechnology can enhance the additional value of silk and broaden its application fields， so as to realize the diversified application of silk products.Key words： wet spinning; silk; silk fibroin; intelligent wearable; biomedicine蠶丝作为一种天然有机高分子材料，随着材料制备、表征等技术的应用和多学科的交叉融合发展，蚕丝研究已由宏观向微观分子水平方向发展，其应用领域也由单纯丝织物纺织产品向生物医药、光学、电学、智能可穿戴等领域延伸。

基于丝素蛋白构建的支架在组织修复中的应用丝素蛋白，听起来有点像什么高大上的东西，但其实它离我们并不遥远。

大家听说过“蚕丝”吧？对，就是那种蚕吐出来的丝，穿在身上不仅舒服还显得特优雅。

没错，丝素蛋白就是从这种蚕丝里提取出来的一个重要成分。

听上去好像不值一提，但其实它在医学领域，尤其是组织修复上，真的是一个超级英雄。

这种蛋白质不仅仅是让蚕能够吐丝那么简单，它的用途广泛，甚至能帮助我们修复身体的受损部位。

你要是没听说过，那今天可得跟我一起来瞧瞧它的神奇之处。

首先说到组织修复，你可能会想，为什么丝素蛋白这么牛？蚕丝里面含有一种天然的蛋白质，叫做“丝素蛋白”，它的结构既稳定又柔韧，就像是一块能被拉得又长又细的橡皮筋。

这个蛋白质的特别之处在于它不仅不容易断裂，而且还特别适合用来制造各种支架。

你可以把它想象成一块“网状结构”的蛋白质网，恰好可以作为修复身体组织的小小“支撑架”。

比如，你的皮肤破了一个口子，骨头摔了个大跟头，这种支架就能帮忙把你身体里的受损组织撑住，给它们足够的时间和空间去修复，最终把受伤的地方恢复得像原来一样。

想想看，丝素蛋白是不是就像一个隐形的守护神，在你看不见的地方，悄无声息地帮你做着大事？不过说到这里，大家可能会问，丝素蛋白难道就这么简单吗？不，别小看它。

这种蛋白质除了能帮助组织修复外，它还有一个特别强大的功能，那就是它能促进细胞的生长。

你听没听过一句话：“细胞的生命力旺盛了，伤口也就好了。

”正是因为丝素蛋白的这种特性，它能够在人体受伤的时候，给那些急需修复的细胞提供一个温暖的家。

这个家不仅舒服，还能让细胞们在这里自由自在地生长、繁殖，最后完成伤口的愈合。

就好像给你的身体找了一个最适合住的地方，让细胞们能够安心地打下根基，重新开始工作。

你可能会好奇，这个丝素蛋白是怎么在医学领域大展拳脚的呢？它的应用范围真的是不小，特别是在骨骼、皮肤、甚至神经等多个领域。

想象一下，骨头断了，它能做支架；皮肤烧伤了，它也能做支架；脑部受伤了，它还是能做支架。