蠶絲用作生物材料的展望

劉輔庭

(原上海市紡織科學(xué)研究院 上海 200092)

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蠶絲用作生物材料的展望

劉輔庭

(原上海市紡織科學(xué)研究院 上海 200092)

摘要：介紹絲縫合線、絲的安全性/修飾、絲和再生醫(yī)療來(lái)開(kāi)展絲用作生物材料。

關(guān)鍵詞：絲；縫線; 醫(yī)療

1絲用作縫合線

接觸體內(nèi)組織的纖維代表是外科用縫合線。絲作為縫合線的代表早已使用。但生物降解吸收性高分子聚乳酸及聚乙二醇酸等的吸收性縫合線出現(xiàn)后，其利用趨向降低。2012年日本的吸收性縫合線為180億日元，絲縫合線分類于非吸收性縫合線為100億日元，其中絲縫合線占4成，現(xiàn)在也在使用。

要求縫合線的性能之一是操作性。縫合傷口時(shí)，需要易縫、縫合強(qiáng)度、縫合不易脫開(kāi)。多以縫合線的強(qiáng)度及彈性模量進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)數(shù)種縫合線，實(shí)際的縫合操作模型化，從縫合線的靜態(tài)動(dòng)態(tài)的拉引摩擦力測(cè)定、縫合張力、縫合中所加張力算出縫合容量，又從縫合線截面的壓縮緩和行為的測(cè)定，進(jìn)行縫合線的操作定量化。結(jié)果定量證明絲縫合線具有高的精密壓縮緩和力，靜態(tài)拉引摩擦阻力高，低的動(dòng)態(tài)拉引摩擦阻力，縫合操作性優(yōu)和縫合時(shí)的結(jié)節(jié)強(qiáng)度高。

生絲的芯部為絲心蛋白質(zhì)構(gòu)成的纖維組織和殼部為絲膠層。精制的絲(絲心蛋白纖維)不引起強(qiáng)生物反應(yīng)。

2絲的安全性

絲是生物安全性高的材料。最近對(duì)精練絲制作的絲心蛋白海綿材料進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)。對(duì)過(guò)敏反應(yīng)之一的敏感性，用豚鼠作皮膚敏感性試驗(yàn)，對(duì)皮膚刺激性用兔皮膚作一次刺激性試驗(yàn)，對(duì)皮內(nèi)反應(yīng)試驗(yàn)用細(xì)菌作復(fù)歸突然變異試驗(yàn)(Ames test)。又為確認(rèn)對(duì)人的累計(jì)刺激性及過(guò)敏反應(yīng)性，對(duì)人皮膚直接貼合絲心蛋白海綿作試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果都是陰性，安全性高。

3絲的生物親合性

關(guān)于絲材料直接接觸細(xì)胞或動(dòng)物組織時(shí)的細(xì)胞或組織的響應(yīng)，當(dāng)炎癥細(xì)胞接觸絲心蛋白材料，細(xì)胞不活化。關(guān)于體內(nèi)評(píng)價(jià)的絲材料的炎癥反應(yīng)性，埋植在鼠肌中時(shí)，絲材料比骨膠原及聚乳酸材料炎癥性低。

生物親合性的指標(biāo)之一，進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)評(píng)價(jià)。絲心蛋白膜上的細(xì)胞有粘合及增殖性如同骨膠原等，證明絲材料有細(xì)胞親和性。最近觀察到細(xì)胞播種后24h的初期培養(yǎng)時(shí)的細(xì)胞形態(tài)在絲膜材料上，比其它材料表面有高的細(xì)胞移動(dòng)性。比玻璃或骨膠原上為3倍的移動(dòng)性。基因發(fā)現(xiàn)與細(xì)胞的移動(dòng)性有關(guān)。作為生物材料可促進(jìn)傷治癒及加速組織的再生。實(shí)際絲膜表面培養(yǎng)的表皮角化細(xì)胞，表皮形成有關(guān)的基因發(fā)現(xiàn)比其它材料表面較高。絲心蛋白表面培養(yǎng)的關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞，按球形移動(dòng)而形成細(xì)胞凝集塊，有效于軟骨基質(zhì)的再生及軟骨再生。

4絲的加工

蠶在體內(nèi)合成的絲蛋白質(zhì)水溶液在常溫常壓的吐絲條件產(chǎn)生水不溶的纖維。絲心蛋白具有自凝集形成結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，一旦成為水溶液，利用自凝集力，可加工成各種形狀，現(xiàn)在可加工成薄膜、粉末、海綿、凝膠、樹(shù)脂、納米纖維等。要經(jīng)促進(jìn)結(jié)構(gòu)形成的處理而不溶于水，水不溶化處理多用甲醇或乙醇水溶液的處理。最近報(bào)道由于乙醇濃度絲心蛋白材料表面的狀態(tài)變化，比通常不溶化處理的濃度70%～80%更高進(jìn)行處理時(shí)，表面動(dòng)態(tài)接觸角、ζ電位、表面彈性模量變化，培養(yǎng)細(xì)胞的形態(tài)也不同。絲心蛋白水溶液制作鑄膜時(shí)，干燥溫度30～75℃變化，隨處理溫度的上升，膜塊的β結(jié)構(gòu)(結(jié)晶化)增加，而膜表面附近結(jié)構(gòu)經(jīng)50℃以上的處理，β結(jié)構(gòu)減少。隨表面結(jié)構(gòu)變化，其表面能也變化。表面能影響細(xì)胞的附著及增殖。

為用作生物材料，要滅菌。無(wú)殘留物，簡(jiǎn)便的滅菌法是高壓水蒸氣法或干熱法。絲材料經(jīng)干熱滅菌處理，不影響絲的分子量及結(jié)構(gòu)，也是特征。

5絲的修飾

蛋白質(zhì)絲含可化學(xué)反應(yīng)的羥基及少量有氨基及羧基的氨基酸，因此易進(jìn)行化學(xué)修飾。使用甲基丙烯酸酯，經(jīng)接枝聚合對(duì)絲導(dǎo)入磷酸基，有效于磷灰石復(fù)合化。又導(dǎo)入MPC基的絲可降低血小板附著性，用氯磺酸的硫酸化絲有抗血液凝固作用，硫酸化絲心蛋白有抗HIV活性。最近報(bào)道一根鏈抗體分子結(jié)合絲心蛋白分子的親合絲，由轉(zhuǎn)基因蠶產(chǎn)生，可用于抗體檢查。

6絲和再生醫(yī)療

用絲作為再生醫(yī)療的細(xì)胞支架材料的研究在增加，其對(duì)象組織多是軟骨及骨、韌帶及腱，著眼于其力學(xué)強(qiáng)度。

絲心蛋白水溶液加少量乙醇及DMSO, 一定時(shí)間凍結(jié)處理后，室溫下融解，可制成絲海綿。絲海綿含水率80%以上，而有力學(xué)強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膹椥裕山?jīng)高壓釜滅菌，可用作軟骨再生用材料。兔關(guān)節(jié)軟骨播種在絲海綿內(nèi)，經(jīng)一周觀察到軟骨組織形成。比骨膠原凝膠，更快形成軟骨基質(zhì)。

播種軟骨細(xì)胞的絲海綿埋植在皮下時(shí)，在接觸絲海綿的皮膚組織中再生軟骨組織。播種軟骨細(xì)胞的絲海綿貼合于兔膝蓋骨關(guān)節(jié)的軟骨缺損部分，可再生玻璃軟骨組織，并有保護(hù)功能。

關(guān)于絲納米纖維的探討，絲心蛋白水溶液和聚氧乙烯水溶液混合，集絲部為3 000r/min的直徑100mm滾筒，制作直徑200～300nm纖維構(gòu)成的取向絲心蛋白納米纖維非織布。為不溶化，必須脫水，又浸95%乙醇以除去聚氧乙烯，取得的不溶化取向的絲心蛋白納米纖維非織布經(jīng)水洗精制后，經(jīng)高壓釜處理而滅菌。在滅菌材料上播種角膜實(shí)質(zhì)細(xì)胞后，經(jīng)長(zhǎng)期培養(yǎng)，在纖維表面及纖維間隙內(nèi)產(chǎn)生細(xì)胞，又絲心蛋白納米纖維上形成合層角膜上皮結(jié)構(gòu)。經(jīng)兔實(shí)驗(yàn)及免疫染色，證明絲心蛋白納米纖維非織布可用作角膜實(shí)質(zhì)再生的支架材料，但透明性有待改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]玉田靖. 絲利用的新開(kāi)展.纖維學(xué)會(huì)志，2015,71(3)：2-6.

[2]服部晉也. 絲心蛋白納米纖維用作角膜再生支架.纖維學(xué)會(huì)志，2015,71(3)：7-11.

收稿日期：2015-06-11