絲綢作為生物材料

1、絲綢作為生物材料摘要絲綢是具有卓越的力學(xué)性能，蠶和蜘蛛在纖維形式生產(chǎn)的纖維狀蛋白質(zhì)。絲綢纖維的縫合線形式已使用數(shù)百年了。最近再生絲解決方案已經(jīng)應(yīng)用到窗體各種不同的生物材料，例如凝膠、 海綿和電影，為醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。絲綢可以通過化學(xué)修飾氨基酸側(cè)鏈來改變表面性能或固定化細(xì)胞的生長因子。分子工程的絲綢序列被用于修改的絲綢和特定的功能，如細(xì)胞識別或成礦作用?？山到庑越z綢生物材料可以涉及的處理模式和 b 單結(jié)晶的相應(yīng)內(nèi)容。幾個原代細(xì)胞和細(xì)胞系就在不同絲綢的生物材料，展示一系列的生物地成功種植結(jié)果。絲綢的生物材料的生物相容性的研究，在體內(nèi)和體外時。已成功用于絲類支架在傷口愈合及在組織工程骨、 軟骨、肌腱和韌

2、帶組織中。2007 愛思唯爾有限公司保留所有權(quán)利。關(guān)鍵詞: 絲綢 ；絲素蛋白 ；蛛絲蛋白 ；支架 ；組織工程 ；生物材料內(nèi)容1.介紹說明：絲綢，俗稱為紡織行業(yè)其光澤和力學(xué)性能，被制作體外培養(yǎng)的蠶寶寶。絲綢是由成員產(chǎn)生的。蛛形綱類 （超過 30,000 的物種的蜘蛛） 和由幾個蠕蟲的順序鱗翅目昆蟲，其中包括螨，蝴蝶和飛蛾。絲綢是合成中的纖維蛋白質(zhì)專業(yè)線在這些腺體的上皮細(xì)胞有機(jī)體。絲素蛋白聚合物組成的重復(fù)蛋白序列和提供結(jié)構(gòu)在繭中的作用形成、 筑巢、 陷阱、 成網(wǎng)、安全線和蛋保護(hù)。絲綢是一般制成堆肥的 b 表結(jié)構(gòu)疏水性域組成的優(yōu)勢在初選中短側(cè)鏈氨基酸含量序列。這些結(jié)構(gòu)允許緊密地堆積摞的氫鍵反平行這種

3、蛋白質(zhì)鏈。大型的疏水性域與小親水性域培養(yǎng)基碳大會的絲的強(qiáng)度和彈性蠶絲纖維 。從蠶絲綢如家蠶和orb 織蜘蛛有一直探討，以便了解處理機(jī)制并利用這些屬性用于使用蛋白作為生物材料。蠶的絲綢orb 織蜘蛛有令人印象深刻力學(xué)性能，此外到環(huán)境的穩(wěn)定性、 生物相容性控制蛋白水解降解形態(tài)變化的靈活性和氨基酸側(cè)的能力修改固定化生長因子。生物醫(yī)用材料設(shè)計是一項重要內(nèi)容組織工程的情況，包括物理、 化學(xué)和生物的線索來引導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入功能通過細(xì)胞遷移、 粘附及分化的組織。很多生物材料需要降低速度與新的組織形成，以允許相稱細(xì)胞對存款新細(xì)胞外基質(zhì) （ECM） 和再生功能的組織。此外，生物材料可能需要包括對機(jī)械的規(guī)定適當(dāng)水平的功

4、能性組織支助發(fā)展。一般情況下，生物材料必須是生物相容性和引出小到?jīng)]有宿主免疫響應(yīng)。因此，作為醫(yī)用生物材料研究了絲綢由于蠶絲纖維從 B.成功地利用森喜朗作為幾個世紀(jì)以來的縫合材料。功能絲綢的不同物種之間的差異和同一物種中是結(jié)構(gòu)上的差異由于主要的氨基酸序列中的差異處理和環(huán)境因素的影。，絲綢代表一個獨特的家庭的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是生物相容性、 可降解、 機(jī)械上級，提供大范圍的特性，是服從水或有機(jī)溶劑處理和化學(xué)改性以滿足全生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用范圍。2.蠶 (B.森喜朗) 絲綢：家養(yǎng)的蠶的絲素蛋白纖維直徑約 10-25 毫米和組成兩種蛋白質(zhì)： 重與輕鏈 而目前在比例為 1:1 的鏈并由一個單一的二硫鍵鏈接。這些蛋白質(zhì)

5、被涂有一個家庭的親水被稱為層絲膠蛋白。二硫鍵之間半胱氨酸 c20 (20 殘留從羧） 的重鏈和半胱氨酸-172 輕鏈要散架了絲素蛋白和 25 kDa 蛋白，名叫 P25，是上鏈接到這些蛋白質(zhì)。絲素蛋白由沸騰蠶繭中的純化層絲膠堿性溶液。二十五到三十百分比的蠶繭質(zhì)量是絲素，是在脫膠過程中刪除。2.1。B.森喜朗蠶絲絲素結(jié)構(gòu)：絲素蛋白 fromB 的氨基酸組成。森喜朗主要由甘氨酸 （Gly） （43%），丙氨酸 （Ala） （30%） 和絲氨酸 （Ser） （12%）。重鏈由 12 域包含該窗體在蠶絲纖維，點綴中結(jié)晶區(qū)域與非重復(fù)的主序列從而形成了較少的組織的域中纖維。在纖維中的晶疇組成甘氨酸-X 重

6、復(fù)序列，與 X 被丙氨酸、 絲氨酸、 蘇氨酸（Thr） 和纈氨酸 (Val)。水晶的形成域由 381 殘留物 (596 平均中的第七到第 12 36 域大小域）。每個域組成的子域名hexapeptides 包括： GAGAGS、 GAGAGY，GAGAGA 或 GAGYGA G 在哪里甘氨酸，A 是丙氨酸，S 是絲氨酸和 Y 是酪氨酸。這些子域結(jié)束與四肽如砷化鎵或的噱頭。非晶的形成地區(qū)的絲素蛋白重鏈，也被稱為連接器，是一種42和44氨基酸殘基之間在長度。所有的連接器都有相同的氨基 25酸渣（非重復(fù)序列），是在中未找到的帶電氨基酸組成的結(jié)晶區(qū)域。初始序列一種具有天然的 coblock 的疏水性蛋

7、白質(zhì)的結(jié)果高分子設(shè)計。高效的絲素的分泌被認(rèn)為是部分歸功于adisulfide 債券之間的重型和輕型的絲蛋白的形成鏈。B.裸蛹突變森喜朗一直映射到相同的軌跡，如輕鏈上第 14 號染色體中。由此產(chǎn)生的絲素光沒有與絲素蛋白二硫鍵鏈。重鏈和繭已小于 0.3%絲素蛋白含量。大量的絲綢多晶型有發(fā)現(xiàn)，包括之前結(jié)晶的具腺的狀態(tài)(絲1），絲及絹絲狀態(tài)組成的b 表二級結(jié)構(gòu) （絲 II） 和空氣 /水組裝界面絲綢 (生絲，III，螺旋結(jié)構(gòu)）。I 結(jié)構(gòu)的絲綢水溶性狀態(tài)和暴露于熱或物理紡紗很容易轉(zhuǎn)換成絲綢二結(jié)構(gòu)。I 結(jié)構(gòu)的絲綢是體外觀察在含水條件和轉(zhuǎn)換到 b 表當(dāng)暴露在甲醇或鉀的結(jié)構(gòu)氯。B 表結(jié)構(gòu)是不對稱的，占領(lǐng)與氫側(cè)

8、的一側(cè)從甘氨酸和其他的占領(lǐng)與鏈從填充有機(jī)甲酯側(cè)鏈?zhǔn)杷缘挠颉 表排列所以，甲基基團(tuán)和氫反對床單群體互動形式 intersheet在晶體中的堆疊。強(qiáng)的氫氣債券和范德華力生成一個結(jié)構(gòu)這就是熱力學(xué)上穩(wěn)定的。國際米蘭-和間氨基鏈內(nèi)氫鍵形式酸垂直于軸線的鎖鏈，纖維。絲綢二結(jié)構(gòu)不包括水，在幾種溶劑包括溫和的酸不溶和堿性條件下和幾個氫鍵。2.2.絲綢生物材料的形貌控制：由于既定養(yǎng)蠶過程中，40 萬噸的干蠶繭都可用于每年世界各地紡織行業(yè)和因而為生物材料的應(yīng)用程序。幾個可以從形成不同材料形貌水或溶劑配方的天然纖維絲綢的利用在生物材料中的窗體生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用程序 （圖。1B 和表 2）。首先，必須在水溶液中溶解纖維

9、系統(tǒng)，緊接著再加工成所需材料的格式。2.2.1.蠶絲纖維：蠶絲纖維能求得從繅絲繭。從蠶絲纖維編織縫合技術(shù)擁有已用百年膠 (純的) 制式膠紙 （黑色編織絲） 形式作為縫線外科選項。徹底審查利用維珍和黑色編織絲 （表面涂用硅膠或蠟，以防止磨損） 和此前已經(jīng)有相關(guān)的免疫應(yīng)答描述了。絲縫合線已用于肌腱組織工程。縫線與修改固定化的精氨酸-甘氨酸（RGD） 肽增加與人類培養(yǎng)細(xì)胞的粘附肌腱細(xì)胞和支持增加的粘附后 3天與未改性的蠶絲纖維相比，組培塑料。膠原I 型增加和核心蛋白聚糖轉(zhuǎn)錄水平觀察RGD 修改的縫合線相比未修改絲綢和組培塑料在六個星期。紡織工程技術(shù)與蠶絲纖維被用來生成生物材料更換為韌帶。鋼絲繩設(shè)計研

10、究生成蠶絲蛋白與機(jī)械設(shè)備強(qiáng)度相當(dāng)于人前十字韌帶 （ACL）。人骨髓基質(zhì)干細(xì)胞（人間充質(zhì)干細(xì)胞） 和索取韌帶成纖維細(xì)胞種子上附加這些蠶絲鋼絲繩和增生的。細(xì)胞培養(yǎng)與機(jī)械、 型膠原表達(dá)的刺激和腱 C 特點的人類韌帶。2.2.2.非織造布絲墊非織造布墊感興趣作為醫(yī)用生物材料的表面面積增加和粗糙地形對細(xì)胞的粘附。絲素蛋白已被用來產(chǎn)生非織造絲綢席子從重新處理本機(jī)的真絲纖維或通過靜電紡絲法。非織造布絲墊備了部分的增溶作用的本機(jī)的真絲纖維，通常 informic 酸和小數(shù)額的氯化鈣。墊子被沖走和皮下種植在大鼠，在那里他們表現(xiàn)出良好的生物相容性。MRNA 轉(zhuǎn)錄水平，組織學(xué)、 免疫組化顯示絲非織造布墊引導(dǎo)下形成的

11、血管網(wǎng)狀結(jié)締組織。蠶絲纖維也可以經(jīng)均勻化要達(dá)到類似的結(jié)果。絲素蛋白墊10-30 毫米，直徑約 300 毫米的毛孔得到了直徑。這些非織造布墊研究了各種各樣的細(xì)胞，包括角質(zhì)形成細(xì)胞、 成纖維細(xì)胞、 成骨細(xì)胞和細(xì)胞行從上皮肺癌、 結(jié)腸癌和宮頸癌組織中達(dá) 7 周。真絲纖維不會降級有人在文化，可能由于低滲透性的矩陣中的單元格。血管內(nèi)皮細(xì)胞 （初級和轉(zhuǎn)換）當(dāng)細(xì)胞在絲素蛋白的墊子上，連接和數(shù)量激增。這一成果提高涂層膠原類型第一或纖維連接蛋白，最有可能由于RGD 序列單元格可用的存在綁定。血管內(nèi)皮細(xì)胞一周在非織造布上形成微血管狀結(jié)構(gòu)墊。靜電紡纖維可以產(chǎn)生具有廣泛的從幾個納米的直徑范圍的到幾個微米取決于的模式處

12、理。水性絲的紡絲絲素蛋白溶液與聚乙烯(環(huán)氧乙烷) 的混合（PEO） 成立和纖維形態(tài)的基礎(chǔ)掃描電鏡 （SEM） 分析表明均勻的纖維直徑小于 0.8 毫米。人間充質(zhì)干細(xì)胞體外培養(yǎng)在這些墊子上顯示附件和傳播 。原子力顯微鏡納米壓痕技術(shù)用于分析纖維的力學(xué)性能。靜電紡絲蠶絲絲素蛋白和聚氧化乙烯制備了橫向彈性模量的 8GPa，相比 13.6 平均數(shù) 為本機(jī)蠶絲纖維。絲素蛋白墊準(zhǔn)備從纖維直徑平均甲酸100nm 表明楊氏模量的 515 精神創(chuàng)傷，7.25MPa 的極限抗拉強(qiáng)度（UTS） 和應(yīng)變的 3%靜電紡絲無紡網(wǎng)格可以準(zhǔn)備作為主要無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)從中 b 表結(jié)構(gòu)可以形成通過甲醇治療?？紫堵蕪?76%變成了脫水后

13、甲醇處理這些非織造網(wǎng)格的 68%。絲素蛋白制備甲酸所載 30約120nm直徑纖維的非織造布的墊。成纖維細(xì)胞體外培養(yǎng)非織造網(wǎng)格上，附在絲綢和蠶絲纖維包覆型膠原纖維粘連蛋白、 層粘連蛋白。共混物的絲素蛋白 PEO 一直紡成納米直徑纖維細(xì)胞形態(tài)像人骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2），提供。骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2 是形態(tài)，誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨。納米羥基磷灰石顆粒增加了有或沒有骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2 和墊子被植入人間充質(zhì)干細(xì)胞和成骨的條件下生長。分化成骨標(biāo)記物的鈣沉積和轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行了評價。絲素蛋白墊支持向骨樣細(xì)胞，人間充質(zhì)干細(xì)胞的分化和墊 fomeed 與羥基磷灰石和骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2 顯示最鈣沉積和

14、向成骨細(xì)胞標(biāo)志物的上調(diào)。這種差異被歸因于可用性和骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2上映。與羥基磷灰石復(fù)合材料的電紡墊也引起重大牽張成骨和骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2 轉(zhuǎn)錄的上調(diào)。絲素蛋白非織造布墊電紡從 98%絲綢甲酸溶液被植入兔骨再生修復(fù)顱骨缺損并導(dǎo)致完全愈合與新生骨在12周。除了作為上面的生物生成骨頭，選項來控制羥基磷灰石礦上絲綢生物材料矩陣也已報告。在自然界中，有機(jī)/無機(jī)界面產(chǎn)生獨特的材料特性。絲素蛋白，當(dāng)摻加聚乙烯(L-aspartate冬氨酸)，已成功地用于生長磷灰石晶體作為一個模板。2.2.3.絲素膜：從水或有機(jī)溶劑體系中，以及與其他聚合物共混后投了絲素膜。絲素蛋白水溶液溶液制備絲素膜有氧氣和水蒸氣的滲透率

15、取決于絲綢的內(nèi)容，第一和絲狀二結(jié)構(gòu)。絲結(jié)構(gòu)的改變被誘導(dǎo)不同時間 50%甲醇治療。天然絲結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致不同的機(jī)械和降解性電影屬性。納米絲素膜也可以形成從水溶液使用一層由層技術(shù)。這些超薄薄膜疏水性的交互作用穩(wěn)定，可預(yù)測膜厚度可基于控制的解決方案以支持在交卷上人骨髓間質(zhì)干細(xì)胞黏附、增殖。在薄膜中，這是有利于增加表面粗糙度對細(xì)胞的粘附，顯微組織形成通過混合的絲綢與 PEO。粗糙的表面被暴露提取水，PEO后鎖定b單結(jié)晶度與甲醇。表面粗糙度是直接關(guān)系到PEO過程中所使用的內(nèi)容。絲素膜的成纖維細(xì)胞附件已顯示要高膠原膜。其他哺乳動物和昆蟲的細(xì)胞也有較好附著在絲素膜相比，與膠原膜。絲素膜用于大鼠全層皮膚傷口愈合

16、，愈合在七天內(nèi)更快地降低炎癥反應(yīng)比傳統(tǒng)的基于豬的傷口敷料 。絲素膜也被用于改進(jìn)的細(xì)胞的粘附與骨形成，尤其是當(dāng) RGD 修飾細(xì)胞結(jié)合域。絲素膜耦合與骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2 顯示增加的骨形成相比，相同的絲素膜無骨形態(tài)發(fā)生蛋白2。透明薄膜鑄成的絲綢和纖維素混合顯示增加的機(jī)械強(qiáng)度，相比在絲膜單獨的共混物的絲素蛋白和重組像人的薄膜，種子與肝細(xì)胞膠原，并表現(xiàn)出較高的細(xì)胞存活率比絲素膜單獨。絲素蛋白溶液涂覆聚氨酯和 poly(carbonate二氧化碳) 聚氨酯薄膜及支架時, 增加粘附和成纖維細(xì)胞增殖。電影投從絲素蛋白和還原角蛋白S-羧甲基 (SCMK) 表明減少血液凝固與絲素蛋白或 SCMK薄膜獨自相比2.2

17、.4.絲素凝膠水凝膠是身體耐用腫脹在水溶液中的三維高分子網(wǎng)絡(luò)，但在這些解決方案中不溶。水凝膠生物材料提供了交付的細(xì)胞和細(xì)胞因子的重要選項。絲素蛋白凝膠制得水性絲素蛋白溶液和形成的 b 表結(jié)構(gòu)。絲素蛋白溶液的 ph 值影響凝膠化的 3 溶液制得在兩天內(nèi)，在 pH 為 3 -4，相比八天作為從 ph 值 5 -12 解決方案所需的解決方案凝膠的率。在凝膠中重要的其他因素包括絲綢聚合物溶液的濃度和 Ca + +。增加在絲素蛋白濃度，溫度升高，降低 ph 值和 Ca + + 濃度增加減少絲素凝膠化時間。水凝膠孔徑是可控絲素蛋白濃度和溫度 的基礎(chǔ)。補(bǔ)充絲綢解決方案與泊洛沙姆407（非離子型表面活性劑）誘

18、導(dǎo)凝膠化；然而，額外泊洛沙姆逆轉(zhuǎn)的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變。由混合泊洛沙姆 407 形成半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)(SIPNs) 和絲素蛋白溶液增加凝膠的力學(xué)性能。絲素蛋白和明膠水凝膠混合顯示溫度依賴的螺旋卷曲轉(zhuǎn)變的凝膠，這種凝膠的流變性能和力學(xué)性能的影響。明膠 絲素蛋白凝膠的組成和溫度依賴性屬性檢測了毒品交貨的宗旨。苯磷硫胺口服的釋放是取決于絲素蛋白-甘油水凝膠中絲素的濃度。三氯噻嗪中絲素凝膠中各種單糖 (核糖、果糖、葡萄糖的水解和甘露糖）后羥基數(shù)目取決于各種單糖分子。成骨樣細(xì)胞連接時培養(yǎng)的 2%（w/v）絲素凝膠表明遵守和生物相容性。另外30%甘油凝膠增加細(xì)胞增殖的影響。絲素蛋白凝膠注射兔臨界尺寸的股骨缺損造成更大的骨小梁體積和