蚕丝丝素创面敷料的研究进展

蚕丝丝素创面敷料的研究进展
张敏;李明忠
【摘要】蚕丝丝素作为一种天然高分子,用于创面敷料具有可靠的生物安全性和开发、应用前景广阔.综述用作创面敷料的丝素微/纳米纤维网、多孔海绵、致密薄膜和水凝胶的研究现状,概述装载生物活性物质的丝素创面敷料的研究进展,展望丝素
创面敷料研究领域未来的研发重点.
【期刊名称】《现代丝绸科学与技术》
【年(卷),期】2018(033)006
【总页数】5页(P32-36)
【关键词】蚕丝丝素;创面敷料;创面愈合
【作者】张敏;李明忠
【作者单位】苏州大学纺织与服装工程学院,苏州215000;苏州大学纺织与服装工
程学院,苏州215000;南通纺织丝绸产业技术研究院,南通226000
【正文语种】中文
皮肤作为体表的屏障易因热、化学因素、机械因素等的作用而受到损伤，及时使用创面敷料覆盖和保护是治疗创面的基本手段。

敷料可暂时起到皮肤屏障的部分功能，不仅可以保护创面、避免创面感染，还能够防止体液与水分从创面蒸发、流失，提供有利于创面愈合的环境，等待创面上皮化或过渡到重建永久性皮肤屏障阶段[1]。

自体皮肤或异体皮肤移植虽然具备良好的疗效，但因供体、伦理或安全性限制，其
应用范围存在局限性[2]。

因此采用人工辅料覆盖是治疗皮肤创面的必然趋势。

敷料材料的性质对创面愈合至关重要。

迄今已开发超过3 000 种敷料，但在临床
得到广泛应用的敷料仅占其中的少部分。

创面敷料应能保护创面，并能促进创面愈合，至少应具备以下条件[3-6]：(1)组织相容性好，无毒性、无刺激性、无免疫原性；(2)通透性适当，能维持创面湿润环境，同时可阻隔外界微生物的侵袭；(3)与
创面粘附性好，但不与创面粘连；(4)具备一定的强度与柔韧性，价格低。

创面敷
料可分为被动类、互动类和功能类[7]：被动类敷料是非闭塞性的，如纱布类，具
有吸收部分伤口渗出液和覆盖伤口的作用[8]；交互类敷料是半闭塞性或闭塞性的，包括聚合物薄膜、泡沫、水胶体等，适用于渗出液多的伤口以及作为防止细菌侵袭的良好屏障[9]；功能类敷料除具备创面敷料的必备条件外，还具备抗菌、调节创
面微环境、释放生物活性物质、促进创面缺损皮肤组织修复重建等功能。

敷料的本体材料可以是合成高分子，也可以是天然高分子，如胶原、明胶、透明质酸、壳聚糖、藻酸盐和蚕丝丝素[10-14]等。

蚕丝丝素蛋白是由20 种氨基酸组成的天然高分子，甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸是其主要组成部分，含量分别约占43%、30% 和12%[15]。

丝素的结晶形态主要有Silk I和Silk II两种，Silk I经湿热、应力作用、极性溶剂等处理后容易向Silk II
结构转变。

Silk II中肽链链段排列整齐，相邻链段间氢键和分子间作用力使链段之间结合紧密，抵抗外力拉伸的能力强，在水中难以溶解，对酸、碱、盐、酶及热的抵抗力较强[16]。

丝素纤维作为一种天然蛋白质纤维，具有优良的生物相容性和机械性能，可被生物降解，近年已被广泛研究用于生物医学领域[17,18]。

蚕丝丝素材料对表皮细胞、真皮成纤维细胞、血管内皮细胞等多种细胞都具有较强的粘附能力[19]，细胞在丝素材料表面的增殖速度较快，丝素具备用作创面敷料的先天条件。

丝素敷料促进创面愈合机制的研究已取得一定进展。

研究表明，当创面覆盖丝素敷料后，促炎性细胞因子(IL-1a和IL-6)和抗炎细胞因子(IL-10)的表达水
平得到有效控制，丝素敷料还可通过刺激NF-kB信号通路控制波形蛋白、细胞周期蛋白D1、血管内皮细胞生长因子和纤连蛋白的表达[20-23]。

其中，促炎性细胞因子的过度表达会中断正常的创面愈合，NF-kB信号通路调节细胞的粘附和增殖，可促进上皮化和创面愈合。

此外，丝素还能增加c-Jun蛋白(一种转录调节因子，属亮氨酸拉链家族成员)的表达，促进c-Jun蛋白的磷酸化，这是伤口愈合的关键因素之一[24]。

用丝素可制成多种型式的材料用作创面敷料，如微/纳米纤维网、薄膜、海绵、凝胶等，或进一步在丝素材料内装载生物活性物质，赋予材料相应的生物功能。

本文综述蚕丝丝素创面敷料的研究现状，讨论丝素敷料未来的发展前景与发展方向。

1 丝素创面敷料的材料型式
1.1 丝素微/纳米纤维网
丝素微/纳米纤维网常采用高压静电纺丝技术制备，通过对丝素溶液施加高压电场形成聚合物溶液的射流，经收集、凝固后获得直径从纳米级到微米级的纤维。

其形态结构与天然细胞外基质有一定的相似性[25-26]。

Wharram等[17]用丝素/聚氧化乙烯共混水溶液进行高压静电纺丝，经甲醇处理诱导丝素向β-折叠转化使其难溶于水，再经水浸渍去除聚氧化乙烯后得到多孔丝素纤维网，对其与创面敷料相关的性能进行评估的结果表明，多孔丝素纤维网的吸水性、透湿性、膨润性、透氧性和蛋白酶降解性等理化性能，符合用作创面敷料的要求。

丝素纤维网内部的孔尺寸及纤维表面对细胞的接触引导能力，是决定丝素纤维网能否引导皮肤组织再生修复的关键性因素。

在高压静电纺丝时，如何使纤维网内部产生尺寸为数微米至数百微米且尺寸可控的大孔，以利于皮肤修复细胞迁入、粘附于纤维网内部并增殖，仍是该领域需要研究的重要课题。

除聚氧化乙烯外，用于对丝素静电纺纤维网进行致孔的物质包括NaCl、糖、食盐等水溶性颗粒以及多种水溶性高分子[20,27]。

最近，Kadakia等[28]将泊洛沙姆407 和麦卢卡蜂蜜混入丝素
溶液中，用高压静电纺丝技术制备丝素纳米纤维网，以丝素纤维网为载体进行体外细胞培养的结果表明，含泊洛沙姆407 的丝素纳米纤维网的人真皮成纤维细胞粘附和细胞浸润能力增强，含麦卢卡蜂蜜丝素纳米纤维网的吸水性增强，细胞在纤维网内部的增殖速度加快、细胞密度增大。

1.2 丝素多孔海绵
冷冻干燥是制备丝素多孔海绵的一种有效技术，能够制得内部孔尺寸为数微米至数百微米，且孔尺寸基本可控、孔之间相互贯通的多孔海绵。

李明忠等[29]的研究表明，将丝素水溶液冷冻干燥后制得丝素多孔海绵的内部孔尺寸为10～300 μm，通过调节冷冻温度、丝素溶液浓度和反复冻-融次数，不仅可以调节冷冻体内部冰晶的尺寸和海绵内部的孔尺寸，而且可以调节丝素蛋白的聚集状态和丝素蛋白的凝聚态结构，进而调节丝素多孔海绵的生物稳定性。

将丝素多孔海绵植入动物真皮缺损部位后，炎症反应较轻，5 d后炎症细胞明显减少，7 d后基本消失；10 d后，支架内有毛细血管形成，并在2周左右可见大量成熟的毛细血管存在。

成纤维细胞、血管内皮细胞能够沿多孔材料孔隙迁入，新生真皮组织在多孔海绵的孔隙内逐步生成，伤口逐步愈合。

丝素多孔海绵植入真皮缺损部位后，创面组织中血管内皮细胞生长因子和CD34 的表达逐渐升高，血管内皮细胞生长因子在第3 周达到高峰，CD34 在第4 周达到高峰。

即植入创面后的早期可以促进血管内皮细胞生长因子和CD34 表达，有利于皮肤组织血管化，后期促进植入组织成熟，加快组织重塑化过程[30]。

在丝素多孔海绵中引入透明质酸和硫酸软骨素后，可以进一步在95～248 μm之间调节其内部的孔尺寸，提高其形态稳定性。

植入皮肤缺损创面后，能刺激血管内皮细胞生长因子和碱性成纤维细胞生长因子的表达，并富集这些生长因子，加快毛细血管生成和胶原纤维的沉积，促进皮肤组织的再生修复[31]。

1.3 致密丝素膜
致密丝素膜常采用流延法或浇铸法制备，用作创面敷料能有效阻止外来微生物的侵袭。

致密丝素膜内部虽然缺乏微米级孔隙，但对水分及溶解性气体仍有一定的通透性。

Sugihara等[32]将丝素膜移植于兔全层皮肤缺损创面，并与市售水凝胶敷料
及冻干猪皮敷料进行对比实验。

与市售的水凝胶敷料相比，用丝素膜覆盖创面的炎症细胞显著减少、炎症反应减轻，创面有更多的胶原新生；术后14 d，用丝素膜
覆盖的创面面积减少90%，而用市售水凝胶敷料覆盖的创面仅有少量的表皮再生。

与冻干猪皮相比，用丝素膜覆盖创面的愈合速率显著加快。

该实验表明，丝素膜作为创面敷料比临床广泛使用的市售敷料更具促进创面愈合的能力。

致密丝素膜用作创面敷料时，随着时间的推移和含水率的降低，膜内丝素蛋白的
β-折叠结构增多，结晶度增大，膜的柔顺性下降，这对创面舒适性造成不利影响。

通过掺杂或与其他高分子共混、共聚，可在一定程度上解决这一问题。

Panico等[33]通过在丝素溶液中添加葡萄糖后制得柔性丝素膜，对多种部位的创面都具有较好的随形性。

研究表明，当添加占丝素质量15% 的葡萄糖时，不需进行任何后处理，制得丝素膜的机械性能、吸收渗出液的能力和耐水性都能得到有效改善，作为创面敷料具有良好的细胞相容性。

1.4 丝素水凝胶
丝素水凝胶是以水为分散介质的丝素蛋白三维网络，其水合结构可连续吸收创面的渗出液，并较好地维持创面的湿润环境，不易与创面粘连。

丝素溶液在诸如紫外线照射、pH值降低、温度升高或离子强度增大等条件下都可形成水凝胶，用作创面敷料[34]。

Ju等[35]将丝素蛋白滴加到海藻酸钙/羧甲基纤维素混合溶液中，自发形成丝素蛋白/海藻酸钙/羧甲基纤维素共混凝胶。

该凝胶具备良好的柔韧性、保水性和弹性，对小鼠胚胎成纤维细胞的细胞毒性低于市售的油纱布和粘胶凝胶敷料。

用大鼠II
度烧伤模型进行的体内实验结果证明，丝素蛋白/海藻酸钙/羧甲基纤维素共混凝胶
移植于创面后，创面的上皮化速度、胶原生成速度、肉芽生长速度和创面愈合速度都比市售的粘胶凝胶敷料快。

2 装载生物活性物质的丝素敷料
创面愈合包括炎症细胞、修复细胞的聚集，受损组织的清除和产生细胞外基质，最后完成再上皮化或形成瘢痕，是一个动态且复杂的过程[36]。

基于对创面愈合的逐渐深入了解，通过在丝素敷料中装载各种生物活性物质以促进创面愈合的研究越来越多。

如负载抗菌物质、生长因子以及针对治疗特定创面的其他生物活性物质等。

2.1 装载抗菌物质的丝素敷料
作为开放性创面，难免伴有细菌感染，若感染得不到有效控制，其产生的内毒素和刺激各种细胞产生的炎症因子会严重影响创面的愈合。

通过在丝素敷料中装载抗菌物质并使其缓慢释放于创面，可抑制细菌的生长、繁殖。

Mehrabani等[37]通过冷冻干燥法制备装载纳米银的丝素/甲壳素多孔海绵，纳米银的装载量为敷料质量的0．001%～0．1%。

纳米银的装载量越多，则对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的生长抑制能力越强，但细胞毒性相应增大。

当纳米银的装载量为0．001% 或0．01% 时，既对细菌生长具有较强的抑制能力，又对细胞无太明显的毒性。

多孔海绵的膨润性、吸水性、凝血性、生物降解性等其他性能符合用于创面敷料的要求。

Song等[38]将人源抗菌肽LL37中最小的抗菌肽段Cys-
KR12(CKRIVKRIKKWLR)，用化学方法接枝到静电纺制备的丝素纤维网表面。

研究表明：该丝素纤维网对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌四种创面常见的致病菌株均表现出较强的抗菌能力，并且能促进成纤维细胞和表皮细胞的增殖，促进表皮细胞的分化及细胞-细胞间连接的建立，抑制单核细胞炎症因子的表达。

2.2 装载生长因子的丝素敷料
创面的愈合需要多种生长因子的参与和调控，如表皮细胞生长因子EGF、成纤维
细胞生长因子FGF、血管内皮细胞生长因子VEGF等。

将具有刺激细胞生长活性的因子装载于丝素敷料内，保持其生物活性，并使其缓慢、持续地释放于创面，是提高敷料疗效的重要途径。

Liu等[39]利用冷冻干燥法制备固定有碱性成纤维细胞生长因子bFGF的丝素蛋白多孔材料，该材料在体外能显著地促进接种于其内的成纤维细胞L929 的增殖，植入SD大鼠背部全层皮肤缺损创面后能显著促进材料内血管网络的形成和真皮组织的再生，显著加快创面的愈合。

Schneider等[40]将表皮细胞生长因子混入丝素水溶液后，用高压静电纺丝技术制备装载表皮生长因子的丝素纳米纤维网，模拟生理环境的体外释放实验显示，装载于丝素纤维网内的表皮细胞生长因子能缓慢释放，170 小时的释放量为初始装载量的25%。

将该丝素纤维网作为创面敷料，采用与人体皮肤等价的模拟创面治疗实验表明，该丝素纤维网能加速创面的上皮化进程。

2.3 装载其他生物活性物质的丝素敷料
生物活性物质装载于丝素敷料内，往往能够提高对特定类型创面的疗效。

除了抗菌剂和细胞生长因子外，尚有很多生物活性物质能够通过间接途径或不仅仅通过直接途径发挥促进创面愈合的作用。

将这些生物活性物质装载于丝素敷料内，往往能够提高对特定类型创面的疗效。

Li等[41]采用同轴高压静电分化和冷冻干燥相结合的方法制备装载胰岛素的丝素微球，从微球中释放出的胰岛素能够保持其原有的二级结构，能够持续释放28 天。

通过体外培养人永生化表皮细胞HaCa T和人脐静脉内皮细胞EA.hy 926证实，从微球释放出的胰岛素对细胞具有明显的刺激作用，能够加速人永生化表皮细胞HaCa T和人脐静脉内皮细胞EA.hy 926的迁移和增殖。

进一步，将载胰岛素的丝素微球固定于丝素多孔材料内，作为敷料用于糖尿病大鼠的全层皮肤创面修复时，显示出较高的创面愈合率，较快的血管新生速率和组织再生速率。

为糖尿病足、褥
疮等慢性和难愈性创面的修复治疗提供了一种具有应用前景的敷料。

Inpanya等[42]将芦荟提取物与丝素蛋白共混后制备丝素膜，用于糖尿病大鼠的创面治疗。

与不含芦荟提取物的丝素膜相比，该丝素膜能增进成纤维细胞的粘附和增殖，覆盖于糖尿病创面7 天后，创面面积显著缩小。

组织学观察结果显示，愈合后创面组织
中成纤维细胞的分布和胶原纤维的排列与正常皮肤相似，表明该敷料具有应用于糖尿病引起的溃疡创面的潜在可能。

3 展望
蚕丝丝素可以制备成纤维网、多孔海绵、致密薄膜、水凝胶等多种材料型式用作创面敷料。

迄今的研究已充分证明，蚕丝丝素用于创面敷料具有良好的生物相容性，这为其安全地应用于临床提供了坚实基础。

不同类型的创面对敷料的结构、理化性能及生物学性能有不同的要求，适用于感染、溃疡、糖尿病足等慢性及难愈性创面的丝素敷料研发尚待进一步深入。

在充分认识不同类型创面的愈合途径和分子机制的基础上，有针对性地进行丝素创面敷料的组成、结构、理化性能及生物活性设计，使丝素创面敷料同时具备加快创面愈合速度、提高创面愈合质量等功能，是未来的研究及开发重点。

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