168生物技术世界 BIOTECHWORLD
将蚕丝脱除丝胶得到的丝素蛋白,是人类最早利用的动物蛋白之一,在近代以前主要作为纤维材料在纺织领域中广泛应用。随着人们对蚕丝结构、性质研究的不断深入,丝素蛋白在生物材料及医药领域中的应用越来越受到关注。
丝素蛋白具有出色的生物相容性、可控的优良力学性能以及无毒的可生物降解性,通过控制丝素蛋白的结晶度可以使皮下植入材料的降解周期从一周到一年不等。而且,丝素蛋白在开发生物材料过程中工艺条件温和、环保、易于操作。因此,利用丝素蛋白来制造药物缓释制剂、生物传感器、人工肌腱及皮肤、血管等研究,受到了广泛关注,并已取得一系列的研究成果,显示了巨大的应用潜力[1-4]。
缓控释型药剂能减轻药物毒副作用、充分发挥药物生物活性和保持药效持续性,因此研究具有药物缓控释功能的组织工程材料尤其重要。本文主要综述了丝素蛋白用于药物释放支架类组织工程材料的研究进展。
1 纺织品类载药支架材料
纺织品类支架材料是研究和应用较早的组织工程材料,从纤维、纱线到毡垫类多孔材料均有相关的研究成果。得益于纺织技术的发展,其制备工艺较成熟,结构稳定、均一,具有一定的使用价值。
1.1 纤维、纱线类载药支架材料
蚕丝纤维可被制成各种形式的纺织品,以作为软组织增强网、缝合线、组织工程韧带和肌腱以及人造血管等生物医疗用品。研究发现,用这种织物结构的生物材料所制备的人工韧带,可以满足人体对韧带组织的复杂的力学性能以及对细胞粘附、增殖和分化的各种要求。
载药的丝素纤维可以用来提高纺织品支架的医疗效果[2]。如:用强力霉素和环丙沙星浸染蚕丝纤维,可以抑制其周围区域的表皮葡萄球菌的生长繁殖分别达24h和48h。
1.2 毡垫类载药支架材料
通过静电纺丝可以制备具有多孔结构的纳米纤维(直径50～500nm)毡垫。纳米纤维毡垫可以作为组织工程支架材料,其性能可以通过改变纺丝液的性能和纺丝工艺参数进行调控[5]。通过对人骨髓间质干细胞(hMSC)的31天的培养扩增实验,证明:混有骨形成蛋-2(BMP-2)和/或羟基磷灰石纳米颗粒(nHAP)以及生长因子的静电纺纳米纤维毡垫,保留了被包覆的BMP-2的生物活性[6]。然而,这种纤维毡垫的药物突释现象仍然是个问题。
利用蚕丝蛋白和明胶通过静电纺丝法可以制备出纤维上带珠状粗结的毡垫,以用于药物的持续释放[7]。该种毡垫是通过控制静电纺丝的纺丝液浓度、丝素/明胶混合比、外加电压而纺制出来。以亚甲基蓝为模型药物,与不带珠状结点的载药毡垫进行对比,发现带珠状结点的载药毡垫可以延长释药时间。
以上纺织品类药物释放支架材料,由于其以纤维形式纺织而成,受到纤维自身的性能和纺织工艺的的影响较大,不仅纤维中大分子的高度取向导致了其载药量受到较大限制,且较大的比表面积容易导致药物的突释。另外,调节毡垫的孔径大小以适应细胞生长,对纺丝工艺的要求较高,且细胞的粘附能力不足一直是该类支架材料经常出现的问题。以上两点不足限制了该类支架材料在组织工程领域的应用和推广,尤其不利于在体内植入用的药物缓控释支架材料中的应用。
2 多孔类载药支架材料
多孔类支架材料不仅能够通过调节其孔洞大小和分布情况,以适应各种组织细胞的生长,而且可以通过调节其组分和内部结构从而适应各种不同极性药物并提高其载药量。这样不仅避免了纺织品类药物释放支架材料在纤维成型时的苛刻工艺要求,有利于灵活调节立体多孔结构,提高生物活性药物的信号强度并提高其可持续释
丝素蛋白用于药物释放支架材料的研究进展
王群1 齐鲁2
(1.泰州学院医药与化学化工学院 山东泰州 225300;2.天津工业大学生物与纺织材料研究所 天津 300387)
摘要:丝素蛋白生物材料具有制备工艺条件温和、力学性能可控、生物相容性好等特点,在组织工程材料等领域中的研究受到广泛关注。文章介绍了丝素蛋白应用在组织工程用药物释放支架材料中的研究进展,并对该领域中有待深入研究的问题进行了总结。
关键词:丝素蛋白 组织工程 药物释放 支架中图分类号:R963文献标识码:A 文章编号:1674-2060(2015)11-0176-02
The research progress of silk fibroin used for pharmaceutical release scaffold
Wang Qun 1 Qi Lu 2
(1. School of Medicine and Chemical Industry, Taizhou University, 226300; 2. Institute of biological and spinning materials,
Tianjin Polytechnic University, 300387)
Abstract:Biomaterials, made of fibroin, with the advantages of mild processing conditions, controllable mechanical properties and excellent biocompatibility,were wildly focused on the research in the field of organ engineering. The paper introduced the research progress of the application of silk fibroin used for pharmaceutical release scaffolds, and summarized the problems that need further deep research.
Key Words:silk fibroin, organ engineering, pharmaceutical release, scaffold
作者简介:王群(1981—),男,山东淄博人,泰州学院医药与化学化工学院讲师,博士,主要研究方向:生物医用高分子材料。
齐鲁(1952—),男,天津市人,天津工业大学生物与纺织材料研究所所长,研究员,主要研究方向:生物医用高分子材料。通讯作者:王群