絲素蛋白在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展

龐永冰

(菏澤醫(yī)學(xué)?？茖W(xué)校，山東菏澤274000）

絲素蛋白在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展

龐永冰

(菏澤醫(yī)學(xué)?？茖W(xué)校，山東菏澤274000）

絲素蛋白/生理學(xué)；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(shí)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(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)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(yīng)主要是絲膠蛋白[5]，所以在SF的應(yīng)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(jié)構(gòu)中，比較緊密的β折疊是一個(gè)結(jié)構(gòu)部分，它不溶于水，但在一些比較特殊的中性的鹽溶劑當(dāng)中卻能夠進(jìn)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?，對得到的純?nèi)芤涸龠M(jìn)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(xué)領(lǐng)域的應(yīng)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(qiáng)再生能力的是表皮層，而真皮層修復(fù)力很差，被嚴(yán)重?fù)p傷后不能再生。真皮層發(fā)生嚴(yán)重的損傷后，我們只能通過移植的方法來進(jìn)行治療，但異體皮膚移植后的排斥反應(yīng)嚴(yán)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(xì)胞和角化上皮細(xì)胞置于SF材料上進(jìn)行同時(shí)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(hù)膜是應(yīng)用SF制作成的，這種創(chuàng)面保護(hù)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(hù)膜里逐漸釋放出來，能夠起到了抑菌、殺菌、以及隔離保護(hù)創(chuàng)面的良好作用，促進(jìn)皮膚的愈合。孫皎等[10]對醫(yī)用的絲素蛋白皮膚再生膜進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，包括細(xì)胞毒性和溶血反應(yīng)等。他們通過研究得出絲素蛋白再生膜總的細(xì)胞毒性的級別為1級，細(xì)胞的增殖率達(dá)到了94%以上，而且沒有發(fā)生溶血反應(yīng)，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(jié)構(gòu)本身就有非常好的吸附、緩釋等功能。在這種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上若再通過丙烯酰接枝反應(yīng)，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(yīng)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(shí)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(fù)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(shí)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(yīng)部件，用于生物傳感器來測定葡萄糖濃度，獲得了滿意結(jié)果[12]。此外，有些藥物價(jià)格高，藥物的毒副作用大（如抗癌藥物），直接進(jìn)行口服的效果較差，而成本卻很高。據(jù)此有學(xué)者探究把藥物和一些天然的蛋白質(zhì)進(jìn)行組合，并在組合的基礎(chǔ)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(shí)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(dān)當(dāng)此類藥物的載體。因此，SF在將來會(huì)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(fù)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(fù)方式仍是目前骨損傷、骨缺損最主要的修復(fù)方法。內(nèi)源性的骨組織修復(fù)雖然效果比較好，但修復(fù)時(shí)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(shù)。外源性的骨組織修復(fù)對骨源不足起到了彌補(bǔ)作用，但該修復(fù)方式的效果卻比內(nèi)源性的修復(fù)差得多，并發(fā)癥也比較多（如感染）。現(xiàn)有的外源性骨組織修復(fù)的替代物主要是由有機(jī)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(xué)特性等都不理想。Kaplan等在把SF材料用于骨組織工程修復(fù)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(fù)合后制成的生物材料對鈣鹽的沉積有支持作用，同時(shí)該材料對人類骨髓間質(zhì)干細(xì)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(jìn)了骨組織的形成。將對骨組織生長有促進(jìn)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(shí)用的骨組織修復(fù)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(jìn)行復(fù)合，然后對復(fù)合的材料分別在體內(nèi)體外進(jìn)行培養(yǎng)[13]，通過該研究證實(shí)體外培養(yǎng)的hMSCs/SF復(fù)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(fù)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(xì)胞進(jìn)行混合，通過比較以后證實(shí)了HA/CS-SF對于骨細(xì)胞的增殖有更好的促進(jìn)作用。這些學(xué)者的實(shí)驗(yàn)研究為骨缺損的臨床治療奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2.4 人工血管隨著組織工程技術(shù)的進(jìn)步，各種生物醫(yī)學(xué)材料有了不斷地發(fā)展與進(jìn)步，多種多樣的人造血管不斷的出現(xiàn)，并逐步在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)甚至臨床研究上得到了應(yīng)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(bào)道，當(dāng)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(yīng)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(cè)用SF進(jìn)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(huì)有漏血情況的發(fā)生，這樣可以使人工血管植入時(shí)不再需要提前進(jìn)行預(yù)凝操作，使手術(shù)所需時(shí)間大大減少，同時(shí)也降低了輸血的風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 尿道修復(fù)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(fù)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(jìn)行修復(fù)，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(jié)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(fù)進(jìn)行診療。劉春曉等人在應(yīng)用SF修復(fù)兔尿道的缺損[17]及對狗尿道缺損不同長度的修復(fù)效果[18]的實(shí)驗(yàn)研究中證實(shí)，SF對于尿道黏膜上皮細(xì)胞和尿道平滑肌的生長有誘導(dǎo)作用，而且對尿道缺損的修復(fù)也有促進(jìn)作用，能夠修復(fù)長約1.5 cm的尿道缺損，但單純應(yīng)用絲素蛋白膜修復(fù)較長的尿道缺損(如大于3.0 cm)，效果欠理想。同時(shí)，劉春曉等在對兔膀胱移行細(xì)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(xì)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(yīng)用進(jìn)一步提供了參考依據(jù)。

2.6 周圍神經(jīng)缺損的修復(fù)周圍神經(jīng)發(fā)生損傷缺損后的修復(fù)、再生問題對臨床工作者來說一直是個(gè)難點(diǎn)。應(yīng)用手術(shù)方法吻合受損神經(jīng)斷端或應(yīng)用患者自體的神經(jīng)進(jìn)行移植仍是目前臨床上修復(fù)神經(jīng)的兩種主要的方法，但患者術(shù)后的恢復(fù)效果不能滿意。雖然應(yīng)用最為經(jīng)典的患者自體的神經(jīng)進(jìn)行移植修復(fù)仍是目前臨床上應(yīng)用最多的周圍神經(jīng)損傷修復(fù)方法，但效果卻仍不能讓臨床工作者滿意。學(xué)者們開始嘗試著研制外科植入式的導(dǎo)管來修復(fù)損傷的神經(jīng)，這種方法使受損的神經(jīng)在修復(fù)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(lǐng)域被應(yīng)用。在神經(jīng)組織工程運(yùn)用方面，Yang等首先對SF在周圍神經(jīng)組織工程應(yīng)用的生物相容性進(jìn)行了評價(jià)，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(xì)胞的生長具有支持作用，同時(shí)可促進(jìn)雪旺細(xì)胞（SCc）的成活，在表型以及功能等等方面沒有發(fā)現(xiàn)細(xì)胞毒性[19]，這為SF在神經(jīng)組織工程領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。在國內(nèi)，陸艷[20]等應(yīng)用SF導(dǎo)管對面神經(jīng)的缺損進(jìn)行了修復(fù)，取得滿意的效果。根據(jù)SF的組織學(xué)特點(diǎn)，應(yīng)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(fù)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(jī)械性能、可降解性、生物相容性等，這些奠定了SF在醫(yī)學(xué)組織工程中應(yīng)用的基礎(chǔ)。近幾年來，SF材料在醫(yī)學(xué)組織工程應(yīng)用中的大好前景已被大量的學(xué)者經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)。隨著SF應(yīng)用領(lǐng)域的逐步拓展，它在高新技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

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Q813；Q819

A

1008-4118（2014）03-0070-03

10.3969/j.issn.1008-4118.2014.03.32

2014-06-03