丝素蛋白抗凝血材料的改性研究进展

刘 迪，杨明英，朱良均

（浙江大学 应用生物资源研究所，浙江 杭州 310058）

丝素蛋白抗凝血材料的改性研究进展

刘 迪，杨明英，朱良均＊

（浙江大学 应用生物资源研究所，浙江 杭州 310058）

丝素蛋白是一种具有良好生物相容性的天然高分子材料，被广泛应用于药物控释、组织工程、细胞培养支架等生物医学领域。随着丝素蛋白医用材料的内植性研究逐渐深入，丝素蛋白材料抗凝血性研究成为较为活跃的新兴领域。本文重点概述了材料的抗凝血原理，并对丝素蛋白抗凝血的改性方法做了整理。

丝素蛋白材料；抗凝血；改性；医用

伤口处血液在人体抗凝血机制的作用下会由流动态变为凝胶态或固态，促进伤口快速愈合，从而不至于对人体造成太大伤害。但这一凝血机制有时会产生不良的现象，例如，它会在心脑血管等狭窄部位形成血栓，从而造成心肌梗塞、脑血栓等方面的疾病。随着生物医用材料尤其是内植性医用材料的迅速发展，如人工心脏、人造血管、与心血管直接接触的辅助装置、功能性组织支架等，都要求与血液接触后不能引发血液凝固和血栓形成。因此，如何提高生物材料的抗凝血性能成为内植性生物医用材料非常活跃的研究领域。

丝素蛋白是一种天然高分子蛋白纤维，与人工合成高分子材料相比，有良好的生物相容性，透气透水性和形态可塑性，同时具有一定的生物降解性［1，2］，近年来，丝素材料作为酶固定化基质，细胞培养基，药物释放，人工角膜，韧带、骨兼容材料等生物内植性材料的研究越来越多，研究人员对丝素蛋白材料的抗凝血性能提出更严格的要求，国内外学者也采用某些方法，如接枝或共混等，对丝素蛋白材料进行改性以附加给丝素蛋白材料良好的抗凝血性能。本文主要从丝素蛋白材料肝素化改性、磺酸化修饰和中草药活性成分接枝等方面探讨丝素蛋白抗凝血材料的研究进展。

1丝素蛋白抗凝血材料的肝素化改性研究

1.1接枝肝素法

肝素分子中葡糖胺单元带有-NH-SO3-基团，此基团带有大量的负电荷，可以与凝血酶中带正电的基团发生特异结合，从而使凝血酶失活，进而抑制凝血过程［3，4］。

叶勇等［5］采用等离子体处理技术，利用交联剂戊二醛将肝素分子接枝到丝素蛋白膜材料的表面，对其进行抗凝血修饰。体外凝血试验结果表明，肝素-丝素膜具有较强的抗凝血活性，凝血时间被明显延长。

杨新林等［6］在肝素-丝素蛋白共混膜表面引入活性基团-NH2，然后将抗凝血酶Ⅲ（AT-Ⅲ）共价结合到共混膜表面，结果显示将肝素和AT-Ⅲ同时混合使用，即使在两者浓度很低的情况下，抗凝血效果仍有很大提高，说明两者之间可能产生协同作用，大大加强了材料的抗凝血效果。

1.2丝素-肝素共混材料

许海叶等［1］以非水溶性丝素粉为载体，将肝素-聚氨酯溶液与丝素粉共混，制备出载有肝素的丝素-聚氨酯共混膜，丝素蛋白材料本身就具备良好的吸附和缓释功能，保证了肝素可以从共混膜中缓慢释放出来，达到相对长效的抗凝血效果。红外测试结果显示，三者共混物没有任何新的官能团出现，说明三者是以共混形式存在，确保了肝素的活性及其性能的正常发挥。

佘振定等［7］利用冷冻干燥法，将肝素加入到丝素蛋白-壳聚糖溶液中制备出包埋肝素的丝素蛋白-壳聚糖复合支架，多孔的支架结构不仅为肝素的储存提供充分的空间，而且有利于肝素缓慢地从支架中释放出来，从而使丝素蛋白-壳聚糖-肝素复合支架材料具有相对长效的抗凝血性。一般认为丝素蛋白、壳聚糖、肝素都是具有良好亲水性能的物质，优良的亲水性可促进细胞在生物材料上黏附，同时降低血小板黏附，延迟凝血现象。

1.3丝素-肝素纳米纤维材料

近年来，静电纺丝技术形成的纳米到微米级纤维材料，因具有超高孔隙率和良好的吸附、缓释功能受到研究者的青睐，王曙东等［8］利用静电纺丝技术制备丝素-肝素纳米纤维支架，得到的丝素纳米纤维支架经肝素修饰后，其亲水性和电负性更高，具有更好的抗凝血性能。

2丝素蛋白抗凝血材料的黄酸化改性研究

2.1丝素蛋白材料硫酸化

葡糖胺单元中含有的-NH-SO3-基团可阻碍凝血因子形成，是肝素类药物抗凝血作用的主要活性基团，因此，研究者设想在其他生物材料中引入该活性基团，那么材料就可能具备抗凝血功能［9，10］。

Tamada Y［11］用浓硫酸或氯磺酸处理丝素蛋白材料引入硫酸基团，并在后续研究中，使用氯化硫酸代替浓硫酸，丝素抗凝血液活性提高约100倍。在进一步的研究中，尹桂波等［12］发现硫酸化丝素对丝素分子结晶区的完整性并没有产生影响，并通过结晶作用使丝素和硫酸化丝素形成复合物，避免了有害化学试剂的使用，且产物的抗凝血效果良好。

2.2丝素蛋白材料磺酸化

用SO2和NH3等离子体对丝素蛋白膜表面进行磺酸化修饰，磺酸基团与凝血因子产生相互作用，从而抑制凝血因子的活性，使材料具有了抗凝血活性［13］。

SO2等离子体改性生物材料是一种有效的磺酸化方法，顾晋伟等［14］利用SO2射频等离子体技术处理丝素材料，实验证明接枝后丝素获得了显著的抗凝血效果。李少彬等［15］采用SO2低温等离子体技术处理表面涂覆丝素蛋白膜的聚四氟乙烯小口径人工血管用，获得表面含有大量磺酸基的人工血管，体外实验表明小口径人工血管抗凝血性能良好。

2.3接枝褐藻多糖硫酸酯

褐藻多糖硫酸酯是一种含有硫酸基的特殊多糖，是目前研究较多的抗凝血剂之一。一方面褐藻多糖硫酸酯带有的硫酸基与HCⅡ结合，硫酸基-HCⅡ复合物又与凝血酶结合，阻碍了凝血酶的活性，另一方面褐藻多糖硫酸酯也能够结合在纤维蛋白原的碱性氨基酸残基如精氨酸或赖氨酸上。最终两者的协同作用既增强HCⅡ对凝血酶的灭活作用又抑制纤维蛋白原的凝结，达到延长凝血时间的目的［16］。

程忠玲［4］利用戊二醛作为交联剂，将氨基化的褐藻多糖硫酸酯固定在丝素膜表面。体外凝血实验评价其抗凝血活性，结果表明接枝丝素膜的部分凝血活酶时间和凝血酶时间比未处理的纯丝素膜凝血时间延长35 s［17］。

3接枝中药活性成分

川芎嗪（2，3，5，6-四甲基吡嗪），是活血化淤中草药川芎的主要有效成份之一，连小洁等［18］尝试用川芎嗪及其衍生物对丝素进行改性。结果表明，改性后的丝素使部分凝血活酶时间延长，同时在富血小板血浆中培养30min后未发现有黏附的血小板，说明川芎嗪衍生物改性丝素材料的体外抗凝血活性有所改善。为了提高接枝材料的稳定性，在后续研究中将川芎嗪结构修饰得到的丝素化合物接枝到聚丙烯酸上，然后与丝素共混制备共混膜，同样获得了抗凝效果不错的抗凝血材料。

Song W等［19］将原儿茶醛接枝聚合在丝素蛋白表面，改性后的丝素蛋白材料抗凝血性能有了明显提高，而且细胞亲和力得到增强。

4其他

vWf是具有活化凝血酶作用的活化因子，高运华等［20］采用vWf因子的抗体对丝素蛋白膜进行表面改性。体外凝血检测结果表明部分凝血活酶时间和凝血酶时间分别超过150 s和200 s。这是由于固定在丝素材料表面的vWf抗体可与血浆中的vWf因子发生抗原抗体反应，从而消除了vWf因子对凝血因子Ⅷ的稳定作用，导致了血液凝固过程的延迟。

水蛭素是一种凝血酶特异性抑制剂，可以与凝血酶直接结合而发挥抗凝血作用，同时能抑制血小板对纤维蛋白原的作用，延长凝血时间，从而产生抗凝作用。Sun D［21］等水蛭素改性PEG-DE交联丝素蛋白膜，可以抑制血小板黏附，大大改善其抗凝血性能。

5展望

近年来，丝素蛋白材料因具有优良的物理化学性质由传统纺织逐步发展到生物医用材料领域。与人工合成材料相比，丝素蛋白天然材料具有更加优越的生物相容性，应用于人工血管、人工心脏等内植性组织有更大优势。综上，为了进一步提高材料的血液相容性和体内稳定性，研究者对丝素蛋白材料进行各种修饰，使本来没有抗凝血性能的丝素蛋白材料具备了抗凝血性，大大拓宽了其在生物医学领域的应用，并将逐步解决丝素蛋白作为内植性材料出现的各类问题。血液凝固是非常复杂的过程，还需深入研究材料与血液接触后的内在结构与表观现象的变化，以及各个过程复杂的凝血机理，才能更有针对性地改性抗凝血丝素蛋白材料。相信随着科研人员对抗凝血机制的不断探索，改性后的丝素蛋白生物材料将克服作为医用材料遇到的凝血类瓶颈问题，发挥更大的应用潜能。

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The Progress in the Research of Modified Silk Fibroin-Based Anticoagulant Materials

LIU Di,YANG Ming-ying,ZHU Liang-jun＊
（Institute of Applied Bioresources,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China）

Silk fibroin,as a good natural biomacromolecular with desirable mechanical properties and biocompatibility, is widely used in biomedical fields including drug controlled release,tissue engineering and cell culture scaffold.With the deeper research of silk biomaterials in vivo,more and more attention focus on their anticoagulant property.This paper reviewed the anticoagulant principle of modified silk fibroin and discussed the prospect of their development.

silk fibroin;anticoagulation;modification;medicinal

R318.08

A

0258-4069［2017］01-007-04

现代农业产业技术体系建设专项（CARS-22）

刘迪（1992-），山东滨洲人，女，硕士研究生。主要从事蚕丝生物材料研究。E-mail：canxueliudi@163.com

朱良均，男，教授，博士生导师。E-mail：ljzhu@zju.edu.cn