絲素蛋白在組織工程修復(fù)的研究進(jìn)展

施心雨，李艾元，李 誠(chéng)，宣智宏，岳萬(wàn)福

（浙江農(nóng)林大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院、動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，浙江杭州 311300）

組織工程（tissue engineering）屬再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，是結(jié)合多學(xué)科的原理研發(fā)出組織或器官的替代物，可應(yīng)用于保持、替代、修復(fù)、加強(qiáng)病變組織、器官[1]。隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，組織工程技術(shù)領(lǐng)域的出現(xiàn)和發(fā)展可彌補(bǔ)難以自主修復(fù)機(jī)體較大損傷的能力，使人類(lèi)看到了“再生”的希望。近年來(lái)，組織工程為各類(lèi)組織修復(fù)、再生領(lǐng)域不斷提供新方向，天然高分子生物材料在組織工程中表現(xiàn)出巨大應(yīng)用的潛力而得到了國(guó)內(nèi)外大量研究。

絲素蛋白（silk fibroin）作為一種天然大分子，在皮膚、神經(jīng)、骨[2]等組織工程中作為生物材料展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。絲素蛋白是一種蛋白質(zhì)聚合物，在形成不同的材料時(shí)具有良好的力學(xué)性能、生物相容性和生物降解性、低免疫原性等固有優(yōu)點(diǎn)[3-4]。同時(shí)，絲素蛋白還具有較強(qiáng)的自組裝性能，無(wú)須化學(xué)交聯(lián)即可加工制成薄膜、水凝膠、顆粒、多孔海綿、三維多孔支架等多種形式的生物材料[5-6]，通過(guò)不同改性方法可形成生物支架、高強(qiáng)度水凝膠、藥物緩釋傳遞載體等多種形式的復(fù)合材料。本文介紹了絲素蛋白的結(jié)構(gòu)、性能，重點(diǎn)討論總結(jié)了絲素蛋白在皮膚愈合、神經(jīng)連接、血管再生、人造骨骼及人工軟組織等領(lǐng)域的最新進(jìn)展，并對(duì)其在組織修復(fù)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)及未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 絲素蛋白的結(jié)構(gòu)和性能

1.1 絲素蛋白的結(jié)構(gòu)

絲素蛋白是一種天然大分子蛋白材料，擁有排列整齊、高度保守的疏水基和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的親水基，為其提供了靈活性和穩(wěn)健性[2-3]。絲素蛋白內(nèi)含有18種氨基酸，其中11種為人體必需氨基酸。因此，通過(guò)蛋白酶的作用，機(jī)體內(nèi)的絲素蛋白可降解成多肽被細(xì)胞代謝，無(wú)毒副作用[7]。絲素蛋白具有結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)的混合結(jié)構(gòu)，使分子鏈整體帶負(fù)電，對(duì)細(xì)胞具有一定的吸附作用，具有較好的細(xì)胞相容性[8]。絲素蛋白分子由重鏈（H鏈）和輕鏈（L鏈），通過(guò)P25蛋白的二硫鍵連接而成[9-10]。重鏈包括疏水性和親水性塊，疏水塊能夠形成反向平行的β-折疊二級(jí)結(jié)構(gòu)[11]，使絲素蛋白具有特殊的機(jī)械性能。

1.2 絲素蛋白的性能

絲素蛋白具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，如其具有優(yōu)秀的力學(xué)性能、生物相容性、生物降解性能、緩釋性等。絲素蛋白具有高強(qiáng)度、高韌性、高柔韌性和高壓縮性等力學(xué)性能。優(yōu)秀的力學(xué)性能及其在強(qiáng)度、模量、韌性、延展性、重量輕和柔韌性之間的平衡很可能是由絲素蛋白的納米纖維組裝方式所致[12]。在絲素蛋白膜上接種鼠L-929細(xì)胞，其生長(zhǎng)速度與在膠原上的生長(zhǎng)速度相當(dāng)。在絲素蛋白纖維上接種多種細(xì)胞均能夠迅速附著并生長(zhǎng)，表明了絲素蛋白與細(xì)胞的高度相容性。

絲素蛋白的生物降解性主要通過(guò)蛋白水解降解，降解程度與絲素蛋白的結(jié)構(gòu)、形態(tài)特征以及酶的種類(lèi)有關(guān)。根據(jù)降解需要，可利用絲素蛋白植入、力學(xué)環(huán)境以及形態(tài)、濃度等控制降解時(shí)間[13]。絲素蛋白內(nèi)的SilkⅡ結(jié)構(gòu)含量會(huì)可明顯地影響材料的降解速率，SilkⅡ含量越低，絲素蛋白降解速度越快。

2 絲素蛋白在組織工程修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 皮膚創(chuàng)面修復(fù)

皮膚創(chuàng)面愈合是機(jī)體最復(fù)雜的過(guò)程之一，涉及多種細(xì)胞類(lèi)型的空間和時(shí)間同步，包括止血、炎癥、生長(zhǎng)、再生皮化和重塑[14]。受傷后，多個(gè)生物通路立即被激活并同步反應(yīng)。皮膚創(chuàng)面修復(fù)過(guò)程通常會(huì)導(dǎo)致大塊組織纖維化，即瘢痕。要做到皮膚創(chuàng)面無(wú)痕化修復(fù)，需要借助生物支架、皮膚敷料等工具輔助傷口無(wú)痕化愈合。絲素蛋白對(duì)創(chuàng)面愈合的修復(fù)具有較大的優(yōu)勢(shì)，無(wú)細(xì)胞毒性、生物相容性好、利于細(xì)胞生長(zhǎng)，可為創(chuàng)面提供較理想的愈合條件，利于皮膚創(chuàng)面修復(fù)。

Liang等[15]設(shè)計(jì)了甲基丙烯?；男越z素蛋白（SilMA）以研究絲素蛋白水凝膠支架對(duì)皮膚細(xì)胞再生的機(jī)制，采用單細(xì)胞RNA測(cè)序的方法揭示了不同生物材料對(duì)創(chuàng)傷部位的細(xì)胞機(jī)制，有助于了解絲素蛋白水凝膠介導(dǎo)的皮膚再生機(jī)制。試驗(yàn)測(cè)試了SilMA水凝膠對(duì)大鼠全層皮膚缺損模型的皮膚修復(fù)效果，結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，蠶絲蛋白水凝膠支架能夠募集更多促再生巨噬細(xì)胞和毛囊干細(xì)胞；SilMA水凝膠在傷口部位誘導(dǎo)了一個(gè)更利于皮膚傷口修復(fù)的細(xì)胞群結(jié)構(gòu)，能夠更顯著地抑制皮膚瘢痕的形成并加快傷口愈合，有助于無(wú)瘢痕的皮膚再生。

Guo等[16]利用絲素蛋白濃縮自凝結(jié)的水凝膠溶液與絲素蛋白溶液混合，在-7℃環(huán)境下，利用電場(chǎng)作用調(diào)整材料的力學(xué)性能，構(gòu)建了具有血管化功能的絲素蛋白支架，為快速創(chuàng)面修復(fù)提供了更多可能性；試驗(yàn)通過(guò)凍結(jié)溫度和排列結(jié)構(gòu)對(duì)絲素蛋白支架進(jìn)行力學(xué)調(diào)整和物理結(jié)構(gòu)調(diào)整，制備出5.9 kPa力學(xué)性能定向的絲素蛋白支架；通過(guò)絲素蛋白支架體外細(xì)胞相容試驗(yàn)、體外血管化能力試驗(yàn)以及大鼠全皮層創(chuàng)面缺損模型等體內(nèi)、外試驗(yàn)證明，該絲素蛋白支架具有明顯的血管化促進(jìn)作用，并能夠加快創(chuàng)面修復(fù)速度。同時(shí)，該絲素蛋白支架具有促進(jìn)干細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞分化的能力并表現(xiàn)出良好的血管生成能力，可促進(jìn)新血管生成。對(duì)創(chuàng)面修復(fù)而言，血管化是一個(gè)非常重要的影響因素，血管化越快，傷口愈合速度越快。

Qian等[17]在SF中加入金屬鎵（Ga3+），使SF帶負(fù)電荷的氨基酸殘基物理交聯(lián)，得到單交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；利用血紅蛋白（Hb）作為催化劑，構(gòu)建雙交聯(lián)的SF網(wǎng)絡(luò)，其中Hb作為模擬過(guò)氧化物酶催化SF酪氨酸基團(tuán)的交聯(lián)。此雙交聯(lián)的SF混合水凝膠可在傷口原位迅速凝膠化。試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)平板計(jì)數(shù)法測(cè)定水凝膠的體外抗菌作用，DCFH-DA探針檢測(cè)水凝膠培養(yǎng)的細(xì)菌產(chǎn)生的活性氧（ROS）證明補(bǔ)氧性，并通過(guò)細(xì)胞試驗(yàn)驗(yàn)證水凝膠的細(xì)胞相容性。試驗(yàn)結(jié)果表明，該混合水凝膠具有良好的生物活性；小鼠全皮層創(chuàng)面缺損模型試驗(yàn)表明，水凝膠敷料能夠加速組織修復(fù)中免疫調(diào)節(jié)、新血管形成和膠原蛋白重塑，細(xì)菌感染的糖尿病創(chuàng)面在15 d內(nèi)完全愈合。體內(nèi)、體外試驗(yàn)證實(shí)，雙交聯(lián)混合水凝膠具有優(yōu)異的力學(xué)性能以及蛋白酶響應(yīng)釋放、抗菌活性、增強(qiáng)細(xì)胞增殖和防止缺氧的能力，同時(shí)可加速啟動(dòng)傷口愈合的3個(gè)階段，成功觸發(fā)感染糖尿病創(chuàng)面在體內(nèi)有效、完全地修復(fù)。

Wang等[18]利用自組裝肽NapFFSV-VYGLR觸發(fā)絲素蛋白凝膠化，通過(guò)非共價(jià)相互作用組成一種新的生物活性水凝膠（SV-SF）。該水凝膠具有良好的凝膠穩(wěn)定性，同時(shí)還具有較高的誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞附著、生長(zhǎng)和遷移的能力，能夠在結(jié)構(gòu)和功能上模擬自然細(xì)胞環(huán)境，提供支架模擬血管生成因子蛋白的生物功能，促進(jìn)血管形成。將該水凝膠植入小鼠皮膚缺損區(qū)后，對(duì)皮膚傷口進(jìn)行HE切片、Masson染色以及免疫熒光染色等檢測(cè)，結(jié)果顯示，水凝膠能夠刺激膠原沉積和血管生成相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)血管生成和表皮化，加速表皮修復(fù)。合成的新型SV-SF水凝膠具有合成簡(jiǎn)單、成本低、生物活性高、免疫應(yīng)答風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)點(diǎn)，為促進(jìn)血管生成提供了另一種途徑。

2.2 神經(jīng)修復(fù)

成年哺乳動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后形成的膠質(zhì)瘢痕會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)再生阻滯，利用絲素蛋白的水凝膠、三維支架、導(dǎo)管等不同形態(tài)促進(jìn)損傷后神經(jīng)組織、血管、細(xì)胞外基質(zhì)再生，有助于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重建以及腦功能恢復(fù)。

Sultan等[19]通過(guò)混合溶劑高溫溶等工藝解凍干制得水溶絲素蛋白，將其與甲基丙烯酸明膠GelMA混合制得增強(qiáng)型水凝膠。通過(guò)基因改造骨髓基質(zhì)細(xì)胞（BMSC）使其具備分泌腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）的能力，利用GelMA/絲素蛋白復(fù)合水凝膠包埋BDNF-BMSC細(xì)胞；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，絲素蛋白可誘導(dǎo)BDNF-BMSC細(xì)胞持續(xù)產(chǎn)生更多BDNF誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞突觸伸展，促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)。研究表明，隨著絲素蛋白含量增加，細(xì)胞分泌BDNF的量明顯提升。將神經(jīng)細(xì)胞與該復(fù)合水凝膠共培養(yǎng)，結(jié)果顯示，含有更多絲素蛋白的組能夠誘導(dǎo)BDNF-BMSC細(xì)胞分泌更多BDNF且神經(jīng)細(xì)胞的神經(jīng)突觸可伸展更長(zhǎng)。

Jiang等[20]通過(guò)設(shè)計(jì)制作一種具有腔體的三維膠原-絲素水凝膠支架3D-CF模擬正常脊髓的解剖結(jié)構(gòu)，利用3D支架，使細(xì)胞在體內(nèi)和體外生長(zhǎng)，可觀察神經(jīng)干細(xì)胞NSCs與3D-CF聯(lián)合移植對(duì)脊髓損傷修復(fù)的影響。結(jié)果顯示，除假手術(shù)組外，3D-CF+NSCs組的神經(jīng)功能評(píng)分明顯高于其他組；運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位測(cè)試中，3D-CF+NSCs組潛伏期明顯降低，振幅明顯升高；磁共振成像和彌散張量成像結(jié)果顯示，3D-CF+NSCs組脊髓連續(xù)性和損傷腔填充效果最好，表明3D-CF聯(lián)合NSCs植入可促進(jìn)損傷脊髓的修復(fù)。3DCF可填補(bǔ)損傷空洞，促進(jìn)神經(jīng)纖維再生，抑制膠質(zhì)瘢痕的形成，為脊髓白質(zhì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也為脊髓損傷修復(fù)過(guò)程中軸突尋徑提供了良好的方向。

Tien等[21]通過(guò)將絲素蛋白涂覆于柔性皮質(zhì)電極，制備了在水合作用時(shí)從剛性轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝缘难b置；體外測(cè)試表明，絲素蛋白膜涂層具備使電極穿透腦組織的機(jī)械性能，可減少膠質(zhì)瘢痕的產(chǎn)生，提高電極的可靠性。此研究的應(yīng)用范圍超越了穿透電極，為絲素蛋白在許多中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

趙曉陽(yáng)等[22]利用聚賴氨酸修飾絲素蛋白膜，增加絲素蛋白中帶正電荷的基團(tuán)，并通過(guò)神經(jīng)干細(xì)胞（NSCs）的生長(zhǎng)及分化的情況判斷絲素蛋白對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的影響。利用Real-time PCR分析發(fā)現(xiàn)，修飾后的絲素蛋白膜上細(xì)胞分泌神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF水平更高，更利于神經(jīng)和軸突再生。結(jié)果表明，聚賴氨酸修飾的絲素蛋白膜能夠促進(jìn)NSCs的增殖活性并減少NSCs細(xì)胞凋亡，促進(jìn)NSCs向神經(jīng)元方向分化，可為NSCs的附著和生長(zhǎng)分化提供良好的生長(zhǎng)表面。

Gisbert等[23]通過(guò)將透明質(zhì)酸和絲素蛋白結(jié)合制成的管狀支架作為神經(jīng)導(dǎo)管，同時(shí)接入施萬(wàn)細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)；結(jié)果顯示，加入絲素蛋白后的支架培養(yǎng)的細(xì)胞黏附性和增殖率高于純透明質(zhì)酸鈉。細(xì)胞增殖率的提高加速了致密細(xì)胞層的形成，該致密細(xì)胞層覆蓋于HA-SF管的內(nèi)通道表面。研究表明，該支架在大鼠體內(nèi)培養(yǎng)后可生成新的膠原細(xì)胞外基質(zhì)和新的血管，促進(jìn)神經(jīng)組織的再生。

2.3 血管修復(fù)

血管再生是一個(gè)高度復(fù)雜的過(guò)程。在多種組織損傷修復(fù)過(guò)程中，再生血管可改善創(chuàng)面循環(huán)，為組織再生提供基礎(chǔ)。血管再生的加快在一定程度上表示組織修復(fù)的加快，利用組織工程可制造人工血管，縮短了血管再生的進(jìn)程。絲素蛋白中特殊的氨基酸排列結(jié)構(gòu)使其具有抗凝血功能，且與合成材料相比，具有更好的生物相容性，可應(yīng)用于人造血管，更有利于血管內(nèi)皮化。

Liu等[24]采用絲素蛋白凍干支架再滲透的方法，在絲素蛋白支架中引入鐵基磁性納米顆粒（MNPs），制備了一種新型磁性絲素蛋白支架（MSFC）。與絲素蛋白支架（SFC）相比，該新型支架具有更好的結(jié)晶度、磁熱性能和機(jī)械強(qiáng)度。體內(nèi)、外試驗(yàn)表明，MSFC的降解時(shí)間明顯延長(zhǎng)，具有良好的生物相容性和促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞（VECs）生長(zhǎng)的作用。該研究證實(shí)，引入MNPs在SFC和MNPs間形成了氫鍵，可顯著增強(qiáng)絲素蛋白支架的機(jī)械強(qiáng)度，減緩降解速率，促進(jìn)VECs增殖，有利于長(zhǎng)距離血管的修復(fù)。

Samal等[25]利用冷凍干燥絲素蛋白及乙醇誘導(dǎo)結(jié)晶，制備成三維多孔結(jié)構(gòu)的絲素蛋白支架，在支架中接入人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）和成纖維細(xì)胞進(jìn)行共培養(yǎng)，形成毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)。通過(guò)體內(nèi)、外試驗(yàn)結(jié)果顯示，絲素蛋白支架共培養(yǎng)的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）水平較高，具有較好的細(xì)胞黏附力和增殖能力，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體（VEGFR2）的表達(dá)增加，表明這些支架與纖維蛋白結(jié)合為毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)的形成提供了合適的微環(huán)境，能夠更好地發(fā)展血管網(wǎng)絡(luò)。

錢(qián)春雨[26]將瘦蛋白負(fù)載于絲素蛋白，構(gòu)建了可促進(jìn)血管愈合并調(diào)節(jié)血管生成的絲素蛋白纖維膜。試驗(yàn)采用靜電紡絲技術(shù)制備了絲素蛋白纖維，通過(guò)聚多巴胺表面接枝包裹瘦蛋白的脂質(zhì)體，制成絲素蛋白纖維膜，負(fù)載瘦蛋白的絲素纖維具有良好的細(xì)胞相容性。體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示，將該絲素纖維膜應(yīng)用于兔口腔黏膜損傷，與對(duì)照組相比，負(fù)載瘦蛋白的絲素纖維膜愈合情況最快，且愈合后的組織切片顯示新生的黏膜分層明顯，CD34信號(hào)明顯；表明負(fù)載瘦蛋白的絲素蛋白纖維膜能夠有效地促進(jìn)血管再生，提高口腔黏膜缺損修復(fù)速度。

曹傳寶等[27]通過(guò)調(diào)節(jié)模具轉(zhuǎn)速、干燥溫度、涂覆層數(shù)及模具直徑控制人造血管的性能及形狀，發(fā)明了一種抗凝血性改性的絲素蛋白小口徑人工血管的制備方法。此技術(shù)可根據(jù)實(shí)際需要制備具有不同力學(xué)性能和外形的絲素人造血管，得到的絲素蛋白人造血管具有良好的血液暢通率、生物相容性、血液相容性和較高的機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 骨組織及軟骨組織修復(fù)

盡管組織工程取得了重大進(jìn)展，但骨、軟骨修復(fù)在目前的臨床實(shí)踐中仍然是主要的挑戰(zhàn)。骨、軟骨單元是一個(gè)完整的功能整體，其組成、結(jié)構(gòu)和功能特性不同，故骨、軟骨的再生一直是難點(diǎn)。利用組織工程支架模擬骨組織的結(jié)構(gòu)和功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)骨、軟骨組織的修復(fù)甚至替換。絲素蛋白因其獨(dú)特的力學(xué)性能、可調(diào)節(jié)的生物降解速率和負(fù)載細(xì)胞能力，可作為一種良好的骨組織工程支架材料[28]。

Li等[29]通過(guò)將力學(xué)性能和生物相容性好的絲素蛋白與?-聚己內(nèi)酯復(fù)合，以Sr2+為生物活性因子，制備了半月板支架（SP-Sr）。SP-Sr植入半月板全切除的兔6個(gè)月的磁共振成像結(jié)果顯示，與其他組相比，SP-Sr可有效防止半月板擠壓，緩解關(guān)節(jié)間隙狹窄；通過(guò)病理檢查證實(shí)，其具有軟骨保護(hù)和延緩骨關(guān)節(jié)炎發(fā)展的作用。支架植入6個(gè)月后，新半月板表現(xiàn)出相似的結(jié)構(gòu)成分和力學(xué)性能。試驗(yàn)采用濕法電紡法制備的半月板支架具有合適的孔徑和足夠的機(jī)械支撐力，通過(guò)一系列材料表征測(cè)試和體外細(xì)胞研究，證明了無(wú)細(xì)胞三維電紡PCL、絲素蛋白、Sr2+支架具有保護(hù)軟骨、延緩骨關(guān)節(jié)炎發(fā)展的作用。

Han等[30]利用絲蛋白支架中植入過(guò)表達(dá)組蛋白去甲基化酶（PHF8）的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，在小鼠顱骨中形成臨界大小的骨缺損，將表達(dá)PHF8修飾的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞植入絲素蛋白支架內(nèi)，填補(bǔ)至顱骨缺損中。術(shù)后2 w，缺損處有少量新骨形成；5 w后，缺損處的新骨形成明顯多于其他組。結(jié)果表明，絲素蛋白支架內(nèi)植入PHF8修飾的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可共同促進(jìn)小鼠顱骨缺損的骨再生。

Wu等[31]設(shè)計(jì)了一種結(jié)合光固化絲素蛋白密封劑，應(yīng)用于骨、軟骨修復(fù)的一體化雙層支架的新設(shè)計(jì)，研究構(gòu)建了一種以致密、光滑的仿生軟骨層（D/S）和負(fù)載了BMP-2的多孔層（P/S）為主體，采用負(fù)載TGF-β3的絲素蛋白水凝膠（TGF-β3/SilMA）進(jìn)行邊緣填充與密封的完整雙層絲素支架。此雙層絲質(zhì)支架軟骨層在表面形態(tài)和機(jī)械強(qiáng)度上類(lèi)似天然軟骨以及bmp-2負(fù)載的多孔軟骨下骨層，有助于骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化。負(fù)載TGF-β3的甲基丙烯酸絲素密封膠顯示生物相容性和良好的黏附性能，并被證實(shí)能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞遷移和分化。在膝關(guān)節(jié)修復(fù)早期，負(fù)載TGF-β3的SilMA水凝膠提供了支架軟骨層與周?chē)浌侵g的橋梁，引導(dǎo)新軟骨向周?chē)浌墙到廛浌菍臃较蛏L(zhǎng)并取代降解的軟骨層。因此，在體內(nèi)通過(guò)使用此復(fù)合材料可實(shí)現(xiàn)骨軟骨再生和外側(cè)整合。結(jié)果表明，絲素蛋白復(fù)合材料支架通過(guò)內(nèi)源性細(xì)胞實(shí)現(xiàn)骨軟骨修復(fù)，是一種潛在的骨軟骨修復(fù)支架。

Hong等[32]利用甲基丙烯酸縮水甘油酯改性絲素蛋白（SilMA），合成了一種光固化生物墨水材料。研究發(fā)現(xiàn)，SilMA具有優(yōu)秀的載細(xì)胞數(shù)字化（DLP）打印性能、良好的成軟骨能力及與天然軟骨相匹配的機(jī)械性能。試驗(yàn)對(duì)SilMA的軟骨形成能力進(jìn)行了體外評(píng)估和體內(nèi)應(yīng)用。利用DLP 3D打印機(jī)的快速打印速度和光聚合作用，使3D產(chǎn)品的細(xì)胞分布均勻。SilMA與細(xì)胞混合后在體外培養(yǎng)4 w后，通過(guò)共聚焦顯微鏡觀察到囊化細(xì)胞分化成軟骨細(xì)胞。此外，對(duì)部分缺陷氣管兔模型的體內(nèi)試驗(yàn)顯示，在氣管周?chē)l(fā)現(xiàn)了新的軟骨樣組織和上皮。該研究表明，負(fù)載軟骨細(xì)胞的SilMA培養(yǎng)系統(tǒng)打印系統(tǒng)提供的水凝膠可促進(jìn)軟骨再生。同時(shí)，SilMA水凝膠具有很高的拉伸強(qiáng)度，濃度為30%時(shí)，其拉伸斷裂應(yīng)力可達(dá)50 kPa，優(yōu)良的機(jī)械性能使其可經(jīng)受簡(jiǎn)單的外科縫合而不撕裂。因此，利用DLP 3D打印機(jī)制備的SilMA水凝膠可應(yīng)用于需要打印性等力學(xué)性能的軟骨組織工程領(lǐng)域。

Kim等[33]采用甲基丙烯酸縮水甘油酯改性絲素蛋白，通過(guò)DLP打印機(jī)制備了環(huán)狀軟骨氣管，并進(jìn)行了體外試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該軟骨器官在體外培養(yǎng)后有軟骨組織形成，蘇木精-伊紅（HE）染色可觀察到細(xì)胞均勻分布于SilMA水凝膠上，細(xì)胞陷窩嵌在嗜堿性細(xì)胞外基質(zhì)中；同時(shí)，軟骨細(xì)胞密集，伴腔隙，周?chē)|(zhì)呈進(jìn)行性染色。在熒光顯微鏡檢查中，軟骨細(xì)胞在體外生長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4 w。該試驗(yàn)還評(píng)價(jià)了30%SilMA水凝膠的降解率及其在DLP打印中的潛在價(jià)值，結(jié)果顯示，載細(xì)胞的SilMA水凝膠逐漸降解，培養(yǎng)4 w后降解率達(dá)到50%，表明硅溶膠凝膠為軟骨細(xì)胞的生長(zhǎng)和軟骨形成提供了良好的體外環(huán)境。

Li等[34]采用低溫?cái)D壓3D打印技術(shù)，通過(guò)辣根過(guò)氧化物酶（HRP）介導(dǎo)的絲素蛋白和酪氨酸取代明膠（GT）的交聯(lián)，制備了大孔SF-GT水凝膠支架。通過(guò)物理化學(xué)表征分析，發(fā)現(xiàn)該水凝膠具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和合適的力學(xué)性能，可調(diào)節(jié)的降解速率，可滿足軟骨重建的要求。采用細(xì)胞懸浮和聚合播種的方法評(píng)價(jià)了水凝膠支架的細(xì)胞接種效率，并對(duì)干細(xì)胞的軟骨分化情況進(jìn)行了探討。結(jié)果顯示，采用細(xì)胞聚集播種法時(shí)，水凝膠支架中的干細(xì)胞分化為透明軟骨；采用細(xì)胞懸液法時(shí)，干細(xì)胞分化為纖維軟骨，并在兔軟骨缺損模型中研究了水凝膠和干細(xì)胞的軟骨修復(fù)作用。該大孔SF-GT水凝膠支架負(fù)載干細(xì)胞聚集物在軟骨組織修復(fù)和再生方面具有良好的應(yīng)用潛力。

3 結(jié)論

絲素蛋白可與其他生物材料結(jié)合形成復(fù)合支架，模擬自然體內(nèi)環(huán)境，提高支架的體內(nèi)融合潛力，植入目的細(xì)胞加速創(chuàng)傷部位的愈合、新生等。絲素蛋白可改性成不同的支架，如可注射和可打印凝膠、多孔海綿和靜電紡絲二維、三維結(jié)構(gòu)，通過(guò)新的改性技術(shù)可預(yù)期絲素蛋白基支架具有更多的可能性。

絲素蛋白材料在組織修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用促進(jìn)其在生物材料領(lǐng)域的研究，但仍有許多未解決的問(wèn)題，如目前大多數(shù)研究?jī)H限于動(dòng)物試驗(yàn)，距離真正意義上的臨床應(yīng)用還有很長(zhǎng)一段距離；純絲素蛋白材料缺乏實(shí)用性，大多數(shù)絲素蛋白需要通過(guò)與其他材料復(fù)合改性后才能夠發(fā)揮絲素蛋白的最大優(yōu)勢(shì)，制備既保持絲素蛋白原有特性又具有實(shí)用性的絲素復(fù)合材料是目前主要研究方向之一。隨著研究的持續(xù)深入，絲素蛋白將為組織工程領(lǐng)域開(kāi)辟更多元化的發(fā)展空間。