蚕丝用作生物材料的展望

刘辅庭

(原上海市纺织科学研究院 上海 200092)



蚕丝用作生物材料的展望

刘辅庭

(原上海市纺织科学研究院 上海 200092)

摘要：介绍丝缝合线、丝的安全性/修饰、丝和再生医疗来开展丝用作生物材料。

关键词：丝；缝线; 医疗

1丝用作缝合线

接触体内组织的纤维代表是外科用缝合线。丝作为缝合线的代表早已使用。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缝合线出现后，其利用趋向降低。2012年日本的吸收性缝合线为180亿日元，丝缝合线分类于非吸收性缝合线为100亿日元，其中丝缝合线占4成，现在也在使用。

要求缝合线的性能之一是操作性。缝合伤口时，需要易缝、缝合强度、缝合不易脱开。多以缝合线的强度及弹性模量进行评价。对数种缝合线，实际的缝合操作模型化，从缝合线的静态动态的拉引摩擦力测定、缝合张力、缝合中所加张力算出缝合容量，又从缝合线截面的压缩缓和行为的测定，进行缝合线的操作定量化。结果定量证明丝缝合线具有高的精密压缩缓和力，静态拉引摩擦阻力高，低的动态拉引摩擦阻力，缝合操作性优和缝合时的结节强度高。

生丝的芯部为丝心蛋白质构成的纤维组织和壳部为丝胶层。精制的丝(丝心蛋白纤维)不引起强生物反应。

2丝的安全性

丝是生物安全性高的材料。最近对精练丝制作的丝心蛋白海绵材料进行安全性评价。对过敏反应之一的敏感性，用豚鼠作皮肤敏感性试验，对皮肤刺激性用兔皮肤作一次刺激性试验，对皮内反应试验用细菌作复归突然变异试验(Ames test)。又为确认对人的累计刺激性及过敏反应性，对人皮肤直接贴合丝心蛋白海绵作试验。试验结果都是阴性，安全性高。

3丝的生物亲合性

关于丝材料直接接触细胞或动物组织时的细胞或组织的响应，当炎症细胞接触丝心蛋白材料，细胞不活化。关于体内评价的丝材料的炎症反应性，埋植在鼠肌中时，丝材料比骨胶原及聚乳酸材料炎症性低。

生物亲合性的指标之一，进行细胞培养评价。丝心蛋白膜上的细胞有粘合及增殖性如同骨胶原等，证明丝材料有细胞亲和性。最近观察到细胞播种后24h的初期培养时的细胞形态在丝膜材料上，比其它材料表面有高的细胞移动性。比玻璃或骨胶原上为3倍的移动性。基因发现与细胞的移动性有关。作为生物材料可促进伤治癒及加速组织的再生。实际丝膜表面培养的表皮角化细胞，表皮形成有关的基因发现比其它材料表面较高。丝心蛋白表面培养的关节软骨细胞，按球形移动而形成细胞凝集块，有效于软骨基质的再生及软骨再生。

4丝的加工

蚕在体内合成的丝蛋白质水溶液在常温常压的吐丝条件产生水不溶的纤维。丝心蛋白具有自凝集形成结构的性质，一旦成为水溶液，利用自凝集力，可加工成各种形状，现在可加工成薄膜、粉末、海绵、凝胶、树脂、纳米纤维等。要经促进结构形成的处理而不溶于水，水不溶化处理多用甲醇或乙醇水溶液的处理。最近报道由于乙醇浓度丝心蛋白材料表面的状态变化，比通常不溶化处理的浓度70%～80%更高进行处理时，表面动态接触角、ζ电位、表面弹性模量变化，培养细胞的形态也不同。丝心蛋白水溶液制作铸膜时，干燥温度30～75℃变化，随处理温度的上升，膜块的β结构(结晶化)增加，而膜表面附近结构经50℃以上的处理，β结构减少。随表面结构变化，其表面能也变化。表面能影响细胞的附着及增殖。

为用作生物材料，要灭菌。无残留物，简便的灭菌法是高压水蒸气法或干热法。丝材料经干热灭菌处理，不影响丝的分子量及结构，也是特征。

5丝的修饰

蛋白质丝含可化学反应的羟基及少量有氨基及羧基的氨基酸，因此易进行化学修饰。使用甲基丙烯酸酯，经接枝聚合对丝导入磷酸基，有效于磷灰石复合化。又导入MPC基的丝可降低血小板附着性，用氯磺酸的硫酸化丝有抗血液凝固作用，硫酸化丝心蛋白有抗HIV活性。最近报道一根链抗体分子结合丝心蛋白分子的亲合丝，由转基因蚕产生，可用于抗体检查。

6丝和再生医疗

用丝作为再生医疗的细胞支架材料的研究在增加，其对象组织多是软骨及骨、韧带及腱，着眼于其力学强度。

丝心蛋白水溶液加少量乙醇及DMSO, 一定时间冻结处理后，室温下融解，可制成丝海绵。丝海绵含水率80%以上，而有力学强度和适当的弹性，可经高压釜灭菌，可用作软骨再生用材料。兔关节软骨播种在丝海绵内，经一周观察到软骨组织形成。比骨胶原凝胶，更快形成软骨基质。

播种软骨细胞的丝海绵埋植在皮下时，在接触丝海绵的皮肤组织中再生软骨组织。播种软骨细胞的丝海绵贴合于兔膝盖骨关节的软骨缺损部分，可再生玻璃软骨组织，并有保护功能。

关于丝纳米纤维的探讨，丝心蛋白水溶液和聚氧乙烯水溶液混合，集丝部为3 000r/min的直径100mm滚筒，制作直径200～300nm纤维构成的取向丝心蛋白纳米纤维非织布。为不溶化，必须脱水，又浸95%乙醇以除去聚氧乙烯，取得的不溶化取向的丝心蛋白纳米纤维非织布经水洗精制后，经高压釜处理而灭菌。在灭菌材料上播种角膜实质细胞后，经长期培养，在纤维表面及纤维间隙内产生细胞，又丝心蛋白纳米纤维上形成合层角膜上皮结构。经兔实验及免疫染色，证明丝心蛋白纳米纤维非织布可用作角膜实质再生的支架材料，但透明性有待改进。

参考文献：

[1]玉田靖. 丝利用的新开展.纤维学会志，2015,71(3)：2-6.

[2]服部晋也. 丝心蛋白纳米纤维用作角膜再生支架.纤维学会志，2015,71(3)：7-11.

收稿日期：2015-06-11