丝素蛋白在医学领域的应用研究

丝素蛋白在医学领域的应用研究
秦春英;梁继文;张锋;吴佳林
【摘要】丝素蛋白是天然高分子,具有良好的生物相容性和降解性,在生物医学方面具有广阔的应用前景,被应用于缝合线、人造皮肤、人造血管抗凝血材料、药物释放及生物传感器等医学应用领域,这里主要介绍其在医学领域的应用研究现状.【期刊名称】《轻纺工业与技术》
【年(卷),期】2010(039)005
【总页数】3页(P63-65)
【关键词】丝素蛋白;生物医学;应用研究
【作者】秦春英;梁继文;张锋;吴佳林
【作者单位】佛山出入境检验检疫局,广东,佛山,528041;苏州大学纺织与服装工程学院,江苏,苏州,215021
【正文语种】中文
【中图分类】TS149
丝素蛋白有良好的生物相容性，无毒，无刺激性，极小的炎症反应性。

同时，丝素蛋白具有一定的可生物降解性，其降解产物本身不仅对组织无毒副作用，还对如皮肤、牙周组织等有营养与修复的作用。

丝素蛋白正是由于具有上述性质，在生物医用领域和组织工程中得到了日益广泛的应用[1]。

丝素蛋白以其独特的性能在生物医学领域应用很广，迄今为止，已经在缝合线、人造皮肤、人造血管抗凝血材料、药物释放及生物传感器等方面取得一定研究成果。

蚕丝用做缝合线已经有数百年的历史，最近100年来，在伤口结扎方面已经成为
应用最广最普遍的天然缝合线，已经超过胶原、肠线等缝合线[2]。

然而越来越多的临床应用与研究发现含有丝胶的天然纤维会产生过敏反应与炎症，随后被证实是由于丝胶的原因[3]。

在20世纪80年代末90年代初，人们开始对
蚕丝进行脱胶，并用蜡类和硅树脂包覆，其临床应用未发现过敏炎症反映[4]，但
这种缝合线又会引起血栓[5]，研究者认为是因为材料表面性能所致，随后除去蜡
类物质，血栓现象显著降低，Sakabe et al[6]等用溶解的丝素蛋白包覆涤纶缝合线，应用于活体内并未引起血栓。

因此，机体对蚕丝缝合线的应用可能与丝素蛋白材料性质无关，而主要是因为包覆材料性能、材料几何形态以及产品颗粒大小所致[7]。

我国每年因烧伤需进行皮肤移植的患者达百万以上，但目前治疗Ⅲ度和深Ⅱ度烧伤的主要手段仍是移植自体皮，突出的问题是缺少真皮的创面愈合后凹陷、受皮区疤痕增生，影响外观和功能，且大面积烧伤时供皮区不足。

丝蛋白人工皮肤避免了异体（异种）基质病毒的影响和疾病的传播，同时丝素蛋白来源丰富、提纯简便，多孔丝素膜的制备中避免了复杂、烦琐的合成工艺，容易实现规模化生产，制造成本低。

李明忠[8]丝蛋白人工皮肤是采用组织工程原理、以蚕丝丝素蛋白为主要原料研制
而成，适用于深度烧伤创面的治疗，具有我国自主知识产权，属于Ⅲ类医疗器械。

它以多孔丝素膜（片）为“真皮”层（内层），经丝素蛋白改性的合成高分子膜为“表皮”层（外层）。

“真皮”层多孔丝素材料能诱导新生血管长入，引导真皮组织的再生；“表皮”层为真皮的再生创造良好的环境。

“真皮”层多孔丝素膜（片）以蚕丝为主要原料，采用冷冻干燥法加工而成，膜的外观是白色、柔软的多孔体，内部孔与孔之间相互贯通，各项结构和性能符合真皮再生的需要。

“表皮”层是采用物理手段在合成高分子膜表面接枝丝素蛋白而制得。

检测结果表明，丝蛋白人工皮肤无细胞毒性、无致敏性、无刺激性，具有良好的生物相容性。

动物实验证明，丝蛋白人工皮肤是一种良好的永久性皮肤替代物，适用于深度烧伤创面。

丝素蛋白的降解产物对人体组织无毒副作用，其制作的人工皮肤材料，有良好的透水透气性，也不影响自体皮肤的生长。

浙江大学动物科学学院用蚕丝研制出一种新型的“人造皮肤”。

科研人员对大白兔进行动物试验，结果发现贴上人造皮肤后，直径3cm的创口不到20d就愈合。

吴徽宇[9]等人制备了用于
创面覆盖的丝素薄膜，和新鲜猪皮在兔身上做对比试验，结果显示丝素膜的各项性能优于猪皮。

在深Ⅱ度创面，浅Ⅱ度创面临床试验促进创面愈合，因此是较为理想的外科修复材料。

丝素具有抗凝血性能，因此可开发人造血管和抗血栓物质。

日本野一色[10]等将丝素涂覆在聚酯纤维的表面，然后将这种材料注入活犬的大腿静脉中进行活体试验，结果表明，对血栓的形成有抑制作用。

东京农工大学也在研制将肝制凝素固定在丝素膜上，使之缓慢释放以阻止血栓形成[11]。

有研究选用SO2、NH3这两种气体，对丝素膜进行了表面改性。

结果表明，SO2、CO2处理后可分别在材料表面引入
磺酸和羧酸基团，材料的体外抗凝血性得到很大的改善。

冯桂龙[12]等以1-（3-
二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺（简称EDCI）为缩合剂对丝素改性胶原膜进行了肝素固定化,结果表明，肝素化后的丝素改性胶原膜具有良好的抗凝血性。

用浓硫
酸处理丝素水溶液时会使酪氨酸和丝氨酸的羟基硫酸酯化，硫酸处理过的丝素蛋白显示出抗凝血活性。

若用氯化硫酸代替浓硫酸，得到的抗血液凝固活性提高约
100倍。

Tamada[13]已经开发出此类抗凝血药物。

将丝素蛋白干燥成膜，然后进行抗凝血处理，或者引入抗凝血物质如肝素便可制备人造血管。

若在丝素膜表面固定褐藻糖胶后,抗凝血性会有一定的提高。

以丝素蛋白膜为基质,利用等离子体处理
辅助的共价交联方法对vWf因子(vonWillebrandfactor)抗体进行了固定化。

结果显示,通过这种方法可以有效地将vWf抗体固定化,丝素蛋白膜固定化vWf抗体后,
其抗凝血性也有了一定的改善。

丝素蛋白具有较好的生物亲和性，国内外学者曾报道关于几种药物透过丝素膜行为的研究[14]，也有人研究丝素多孔凝胶的药物缓释行为，发现可通过丝素的改性和控制孔的大小来调节药物的缓释，另外发现凝胶的离子性药物的释放有一定程度的pH响应[15]。

闵思佳[16]等进行了丝素蛋白用于药物载体方面的研究,先获得多孔丝素水凝胶，分别用其包埋阳离子型药物水晶紫、阴离子型药物锤虫蓝和非离子型药物丝裂霉素C，然后在不同pH缓冲液中测定水凝胶的药物透过行为和药物释放行为、以及水凝胶的溶解性和酶分解性。

结果表明其凝胶具有一定药物透过性，在释放药物时，具有一定程度的pH响应性，在作为药物缓释载体时具有一定的酶分解性。

张幼珠[17]等制备了再生丝素蛋白－壳聚糖包药微胶囊，单复层药物丝素膜，并研究其相关性能。

生物传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。

生物传感器应用最多的是酶传感器，由于酶具有高选择性及专一性强的特点，使得生物传感器在样品分析中实现了简单快速的目的。

Demura[18]等于1989年首次将丝素膜
固定化葡萄糖氧化酶生物传感器应用于分析系统，当在0～5mol/L线性响应范围时，随着丝素膜中的葡萄糖氧化酶量的增加，膜对底物葡萄糖的线性响应范围减小。

冯治平[19,20]等将邻苯二酚粗酶固定在丝素蛋白膜中，制得邻苯-酚酶传感器。

该传感器在pH6.0的KH2PO4-Na2HPO4工作介质中具有良好的响应特性。

酶经
丝素蛋白的固定后具有较强的耐热性能，并能比较长时间保持酶的活性。

该传感器在KH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液的保存下，其使用寿命可达2个月以上；又将过氧化氢酶固定在的丝素膜β-sheet所特有的分子氢键中，制得过氧化氢传感器。

该传感器在pH=6.5的KH2PO4-NaOH工作介质中呈良好线性关系。

彭图治[21]等采用盐酸活化化学交联法在丝素膜上固定甲胎蛋白（AFP）。

将制得的膜片固定在自制的氯化银电极上，可测得丝素抗体膜的膜电位，表明样品血清膜与阴性血清
膜的膜电位与AFP的浓度呈对数线性正相关关系，说明这是一种怠好的免疫传感器。

张雨青[22]等以固定化葡萄糖氧化酶丝素膜和氧电极为基础，研制的流动注射分析式电流型葡萄糖生物传感器，其性能较稳定，具有较宽的葡萄糖线性响应范围(0.5～15mol/L)，相关系数r=0.999，可以反复测定葡萄糖1000次以上。

丝素蛋白作为一种生物相容性良好、无毒、无污染、无刺激性和可生物降解的天然高分子材料，在生物医学方面已经得到一定程度的研究与应用，但是将其应用于临床治疗方面仍需要很长的时间，尚有一些问题需要解决，比如如何降低丝素蛋白的溶解性，如何实现丝素蛋白的降解与其功能发挥的同步性等等，还需要科学研究者们的努力才能得以实现。

随着生物技术及科学的发展，丝素蛋白在药物释放领域将有更广阔的应用前景。

【相关文献】
[1]杨立群，杨丹，孟舒等.丝素蛋白作为药物缓释载体的研究进展[J].中国医学生物技术，2009，4（6）：449-451.
[2]Moy RL，Lee A，Zalka monly used suture materials in skin surgery[J].Am Fam Physician 1991，44：2123-2128.
[3]Kurosaki S，Otsuka H，Kunitomo M，Koyama M，Pawankar R，Matumoto K.Fibroin allergy：IgE mediated hypersensitivity to silk suture materials[J].Nippon Ika Daigaku Zasshi 1999，66：41-44.
[4]Soong HK，Kenyon KR.Adverse reactions to virginsilk sutures in cataract
surgery[J].Ophthalmology 1984，91（4）:79-83.
[5]Wong PC， Crain EJ，Nguan O， Watson CA，Racanelli A.Antithrombotic actions of selective inhibitors of blood coagulation factor Xa in rat models of thrombosis[J].Thromb Res，1996，83:117-126.
[6]Sakabe H，Ito H，Miyamoto T，Noishiki Y，Ha WS.In vivo blood compatibility of regenerated silk fibroin[J].Sen-I Gakkaishi，1998，45：487-490.
[7]Gregory H.Altman，Frank Diaz，Caroline Jakuba et，al.Silk-based
biomaterials[J].Biomaterials，2003，24：401-416.
[8]Wei Tao，Mingzhong Li，Ruijuan Xie.Preparation and Structure of Porous Silk Sericin Materials[J].Macromol Mater Eng 2005，290：188-194.
[9]吴徵宇，田保中，朱德安等.丝素保护膜的性能和应用[J].苏州丝绸工学院学报，1996，16（3）：71-77.
[10]张雨青.蚕丝蛋白的新利用 [J].昆虫知识，1995，32（4）：254-255.
[11]冢田益裕.日本农林水产技术研究杂志，1991，14（11）：3-28.
[12]冯桂龙，王松，朱鹤孙.丝素改性胶原膜的低温等离子体改性及体外抗凝血性研究 [J].高技术通讯，2005，15（6）：58-62.
[13]Tamada，yasushi.Antithromdotic agent and its production method [P].1997，Jpn Kokai Tokkyo Koho，2009，（2）：227-402.
[14]J.chen，X.Minoura，A.Tanioka.Transport of pharmaceuticals through silk fibroin membrane[J].Polymer，1994，35（13）：2853-2856.
[15]何中琴译.丝素多孔性凝胶的药物缓释，溶解和分解性[J].国外丝绸，1999，（2）：24-29.
[16]闵思佳，中村肇伸，寺本彰等.フィブロイン多孔ゲルの药物徐放と溶解性、分解性[J].纤维学
会志，1998，54（5）：270-276.
[17]张幼珠，王晓芳等.再生丝素蛋白—壳聚糖微胶囊的制备及结构[J]，丝绸，2002，（11）：
17-19，29.
[18]Demura M，Asakyra T，Kuroo T.Immobilization of biocatalysts with bombyx mori silk fibroin bytseveral kinds of physical treatment and its application to glucose
aensors[J].Biosensors，1989，（4）：361-372.
[19]冯治平，刘清斌，黄丹.再生丝素蛋白固定过氧化氢酶传感器的研究[J].食品科学，2003，24（6）：103-105.
[20]冯治平，吴平，罗泽友.生物传感器用于葡萄酒中葡萄糖含量测定的研究 [J].四川轻化工学院学报，2003，16（1）：56-58.
[21]彭图治，祝方猛，杨丽菊等.测定甲胎蛋白的非标记电位型免疫传感器[J].应用化学，1998，15（1）：47-49.
[22]Zhang Y Q，Zhu J，Shen W.Immobilization of glucose OX—idase in silk fibroin membrances，their characteristics and application to biosensor[J].J Shuzhou Univ，1997，13（2）：118-125.。