丝蛋白在生物医药材料中的研究进展

刘　琳，穆畅道

（四川大学化学工程学院四川 成都　610065）

丝蛋白在生物医药材料中的研究进展

刘琳，穆畅道

（四川大学化学工程学院四川 成都610065）

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.

关键词：生物医药材料；丝蛋白；生物相容性；生物降解性

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　丝蛋白应用在生物医药中的特性

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　丝蛋白在生物医药中的应用近况

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。然而，目前国内外一致认为神经自体移植才能治疗大多数的末梢神经缺陷［19］.丝蛋白应用于血管移植是由于其支持血管细胞的附着、增殖和分化、模拟血流量的能力，并抵抗剪切应力、压力.从而能抑制血栓的形成［20］，能增加抗凝血性能［21］，能使丝蛋白改性聚氨酯材料的组织相容性达到最佳［22］，所以丝蛋白在人造血管的制造与应用方面具有较好的前景.除了上面提到的这些，其他领域也在研究丝蛋白.例如，葡萄糖氧化酶固定于聚乙烯醇的混合膜、葡萄糖生物传感器［23］.此外，丝蛋白被用作角膜材料［24］、气管支架［25］、韧带和肌腱［26］等.

3　结束语

综上所述，在生物材料领域中，丝蛋白具有极大的开发潜力.同时，仍然有一些问题需要解决：（1）丝蛋白需要加工成不同的形态，以满足不同的需求；（2）生物降解速率应能控制并且能匹配生物体的生长；（3）表面改性是用来改善丝蛋白材料的生物相容性，生产临床使用的丝蛋白材料应具有低免疫原性或无免疫原性；（4）应该研究出更多新的、有价值的丝蛋白材料用于临床医学.

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责任编辑：张隆辉

中图分类号：R915

文献标识码：A

文章编号：1672-2094（2015）02-0153-03

收稿日期:2014-11-20

作者简介：刘琳（1983-），男，四川巴中人，四川大学化学工程学院制药工程硕士在读.研究方向：药品工艺开发.穆畅道（1970-），男，新疆阿勒泰人，四川大学化工学院教授，工学博士，博士生导师.研究方向：生物化工，制药工程，绿色化学.

Progress in Research on Silk Fibroin as a kind of Biomedical Materials

LIU Lin，MUChangdao
（School of Chemical Engineering，Sichuan University，Chengdu sichuan 610065）

Abstract：Silk protein is a natural polymer material with good mechanical properties， chemical properties， biodegradability. In view of the structure and characteristics of silk protein， this paper reviewed the status quo and development of silk protein as microcapsule， bone tissue repair materials， artificial nerve， artificial blood vessels and other features of biomedical materials， aswhile discussed the prospects for their development.

Keywords:Biomedical Materials； Silk Protein； Biocompatibility； Biodegradability