摘要：针对蚕丝蛋白的结构和特点，综述了蚕丝蛋白作为人工神经、皮肤、骨骼、血管、肌腱、韧带和角膜等生物医学材料的功能开发和研究现状。

关键词：蚕丝蛋白；生物相容性；生物降解性；生物医学材料中图分类号：TS149；TS102.33 文献标识码：A 文章编号：1001-7003(2010)07-0018-05蚕丝蛋白生物医学材料的研究现状侯春春，张胡静，李圣春，成国涛，徐 水(西南大学 生物技术学院，重庆 400715)Research Status of Silk Protein as Arti fi cial Tissue MaterialHOU Chun-chun, ZHANG Hu-jing, LI Sheng-chun, CHENG Guo-tao, XU Shui(College of Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400715, China )Abstract: Silk protein is a natural polymer material with good mechanical properties, chemical properties, biodegradability and good compatibility with human body. It is a good biomedical material. In view of the structure and characteristics of silk protein, this paper reviewed the status quo and development of silk protein as artificial nerve, skin, bones, blood vessels, tendons, ligaments, cornea and other features of biomedical materials, as while discussed the prospects for their development.Keywords: Silk protein; Biocompatibility; Biodegradability; Biomedical materials收稿日期：2010-03-18；修回日期：2010-05-08基金项目：重庆市科委科技攻关项目（CSTC2009AC1006）作者简介：侯春春(1986－ )，女，硕士研究生，研究方向为生物材料。

通讯作者：徐水，副教授，硕士生导师，xushui@。

蚕丝是一种天然纤维，是人类最早利用的动物纤维之一，享有“纤维皇后”的美誉。

传统意义上，蚕丝是优质的服饰原料。

随着对蚕丝显微结构的深入研究发现，蚕丝的非服饰用途也非常广泛，如在食品、化妆品、保健品以及医学等方面的应用。

特别是随着现代组织医学的发展，丝素蛋白以其良好的生物相容性和生物降解性成为人工组织材料中的重要天然材料。

人体组织损伤的修复多采用自体移植，其优势在于供体与受体间的排异反应弱，生物相容性好，受损区域能在短时间内达到较好修复效果，缺陷是供体有限。

后期的研究中尝试采用异体移植，临床中虽不乏成功案例，但其缺陷也尤为明显，潜藏人畜共患病传播的危险，以及受体表现出严重的排异现象。

随着组织医学材料研究的兴起，新材料的开发逐渐替代了传统的治疗方法，已取得大量突破性进展。

如利用金属、陶瓷分别修复人体骨骼缺损和作为牙齿的替代品，人工多聚物合成人工晶体用作眼疾的治疗，或是利用硅胶作为人体脂肪的替代品。

大量的临床案例已证明以上材料的适用性。

但随着植入时间的增加，金属以及人工多聚物在体内血液和体液的作用下逐渐降解成小分子或溶出金属离子，引起受体局部炎症反应，严重者造成组织坏死。

近年来，天然材料的应用逐渐引起人们的关注，如胶原、蚕丝、纤维蛋白、几丁质、珊瑚、壳聚糖等。

1 蚕丝蛋白在生物医学应用方面的优势1.1 生物相容性作为组织的替代品，人工材料首先应具有较好的生物相容性，并适宜细胞的附着、延伸和繁殖。

生物相容性是由材料本身和结构决定的，一般分为材料表面的生物相容性和结构相容性两方面，表面相容性由材料表面的化学性质控制，影响细胞的贴附和延伸；结构上的生物相容性是指材料在空间结构上影响细胞的生长和繁殖[1]。

Bruce Panilaitis等[2]通过比较在不同蚕丝纤维表面培养小鼠的巨噬细胞1～7 d，证实了单纯的丝素蛋白不会产生免疫反应。

Gregory H Altman等[3]尝试在丝素做成的载体上培养成人的骨髓基质细胞，通过扫描电镜观察、DNA量化分析，以及胶原蛋白的测定，发现骨髓细胞能在丝素载体上正常生长。

Ronald E Unger等[4]在纯丝素膜上培养来源于人体不同组织的不同细胞，如上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞、角化细胞等，扫描电镜观察发现，所有的细胞都能在丝素膜表面贴附、延伸，细胞之间联系紧密。

其中绝大多数细胞能在丝素膜表面存活，并覆盖于整个膜表面和材料表面的凹陷，细胞的生长对材料的结构并无改变。

M Fini等[5]采用丝素凝胶修复兔大腿骨损伤并对比常用的乳酸乙交酯，以梁小骨的数量、厚度、间隙作为依据，证实丝素凝胶更有利于缺陷的恢复，相对于乳酸乙交酯材料更接近人骨的再生。

1.2 生物降解性材料的降解性也是衡量其能否作为组织替代品的标准之一。

理想的人工组织材料应具有与修复区组织细胞生长一致的降解速率。

同时，不能降低相关的力学性能，这样才能为新生组织提供相应的力学支撑。

降解后的单体不造成组织免疫反应。

研究表明：植入活体的丝素纤维，2个月内，其力学强度仍高于植入前力学强度的50 %[6]。

植入体内的蚕丝在一年里仍保持一定张力，而完全分解大约需要2年[7]。

所以，蚕丝作为一种蛋白质是可以降解的，并且植入人体内最终也会被吸收，只是降解时间比一般意义上的可降解材料要长。

L Meinel等[8]在多孔丝素支架上模拟体内骨细胞生长环境，培养人体骨髓干细胞5周，发现丝素支架缓慢的降解过程有利于羟基磷灰石的沉淀以及类骨小梁细胞的出现。

将该种材料植入小鼠的骨缺损区发现，5周内有新骨形成。

与当前的人工材料，如聚乳酸、聚乙二醇等相比，丝素的降解产物为小分子氨基酸，安全性更高，而人工材料的降解产物会通过降低环境的pH值而产生明显的炎症反应。

胶原蛋白作为当前研究最广泛的天然材料，在降解过程中同样无炎症反应，但降解的速度受到交联度影响，导致降解速度不易控制。

丝素的降解性可以通过改变丝素材料中的蛋白质结构，材料的孔隙率，孔径大小以及植入区域得到调控[9-10]。

2 蚕丝蛋白在生物医学领域的研究现状蚕丝最早被用作手术缝合线，相对其他缝合材料，蚕丝的亲和力和适应性非常强，在伤口愈合后可被人体吸收降解，患者免受拆线的痛苦[11]。

由于最初采用的蚕丝缝合线表面仍残留部分丝胶，引起炎症反应，所以在过去仅限于小范围使用，并未得到推广。

直至近年，人们对蚕丝的应用研究才逐渐扩大和深入，并逐年增加。

当前已有蚕丝在皮肤、神经、骨、血管、心脏等组织修复中的研究报道。

2.1 人工神经神经创伤修复是当今医学的一大难题。

由于创伤、疾病等造成的不规则神经创面，恢复过程中如果缺乏必需的填充物，将导致神经瘤的形成。

因此，自体移植到目前为止仍被认为是最有效的修复方法。

长期以来由于供体的严重匮乏，以及替代材料的研究进展缓慢，致使大量患者得不到及时有效的治疗。

修复神经的非神经材料有硅胶管、骨骼肌、动脉或静脉血管和几丁质等。

近十年的研究表明理想的神经修复材料必须具备以下条件：一是替代品需完全降解、无组织毒性，且能促进神经细胞的再生。

非降解性材料需通过后期手术取出。

二是人工神经在受体中存在较长时间来满足再生轴突通过远端吻合口。

三是替代品有足够的空间和表面通透性，满足雪旺细胞的生长和营养物质的运输[12]。

Y M Yang等[13]在丝素纤维上和丝素提取液中分别培养鼠背根神经和坐骨神经，通过与对照比较发现，丝素对2种细胞的存活和生长无负面效应，这为丝素作为神经材料的开发奠定了基础。

Yu Min Yang等[14]通过对丝素、自体移植材料和缺损空白材料在6个月内对雄性鼠坐骨神经缺损的修复效果的对比发现，含有丝素纤维的丝素修复材料不但具有较好的机械性能和可渗透性，而且修复效果接近自体移植。

由此表明：丝素在神经修复材料中具有较高的应用价值。

2.2 人工皮肤人体皮肤主要分为表皮和真皮，表皮位于皮肤的最外层，与外环境相接触，主要起保护作用。

表皮从里向外又分为：基底细胞层、颗粒层、透明细胞层和角化层。

正常情况下，基底细胞层不断分化，向外推移并不断替代角化层的衰老细胞。

小面积的创伤可以通过表皮细胞的爬行作用得到修复。

并且，利用皮肤细胞自己的爬行修复能力进行人工皮肤的研究，已付诸实践[15]。

丝素蛋白膜既有良好的透水、透气性，又对创面有较强的黏合力而无占位现象(即不影响人工皮肤覆盖下自体皮肤的生长)，不被细菌穿透，而且遇湿更加柔软，与创面的贴附良好，再加上丝素蛋白膜光滑柔软、无刺激性，因此是人工皮肤和创面覆盖等极为理想的材料。

吴徵宇[16]用丝素膜制成人造皮肤创面保护膜和新鲜猪皮在兔身上做对比，试验结果显示，丝素膜的各项性能均优于猪皮。

张幼珠等[17-18]通过在丝素中添加抗菌药物制备得到具有抗菌作用的丝素膜。

临床试验表明，药物丝素膜既具有保护创面的作用，又具有清除细菌、控制感染的作用。

因此，兼有局部应用抗菌药物和作为创面覆盖膜的优点，用于烧伤感染创面，可有效地控制创面感染，促进创面愈合。

杨建等[19]通过化学改性的方法将抗菌肽Cecropin B 接枝到水不溶性蚕丝蛋白(丝素)膜表面，制备了具有良好、持久抗菌活性的蚕丝蛋白膜。

该改性蚕丝蛋白膜对小鼠成纤维细胞L929 的增殖没有明显的抑制作用，对细胞形态也无明显的影响。

再生丝素材料在皮肤修复过程中取得了巨大成功，但在使用过程中机械性能上的不足限制了它的应用范围。

为获得不同机械性质的丝素膜材料，研究人员尝试在制备过程中添加一种或多种物质，基于不同材料优势互补的构想，获得目的材料。

常用的改性方法有接枝和共混。

如李明忠等[20]制备的丝素／聚氨酯共混膜中，聚氨酯阻止了丝素蛋白质大分子链段间产生过多的氢键结合，降低了丝素的结晶度，增加了可自由伸展链段，加上聚氨酯主链本身具备很好的柔顺性，所以共混膜的强度，柔软性、弹性相对纯丝素膜有明显提高。

到目前为止，人们已尝试将丝素分别与壳聚糖、胶原、聚乳酸和聚己内酯等进行共混获得新的支架材料，以达到优势互补。

2.3 人工骨骼骨的修复必需有种子细胞、支架材料和生物调节因子3个要素[21]。