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1、第42卷 第6期复旦学报(自然科学版)Vol.42No.62003年12月JournalofFudanUniversity(NaturalScience)Dec.2003 文章编号:042727104(2003)0620828205X丝素蛋白在组织工程中的应用于同隐,梅 娜,陈 光,周 平,邵正中,陈 新,姚晋荣(复旦大学高分子科学系,聚合物分子工程教育部重点实验室,上海 200433)摘 要:丝素蛋白作为一种具有优良生物相容性的天然高分子材料在生物医用领域有着广泛的应用.着重阐述了丝素蛋白在组织工程领域中应用研究的最新进展.关键词:丝素蛋白;组织工程;支架+中图分类号:O636.11
2、文献标识码:A细胞和组织的缺损或衰竭是人类健康中最频繁、最具危害性且花费最高的问题之一.每年有无数的病人因为器官的缺损而死亡.尽管人们已经以器官和组织移植等治疗方法来解决某些问题,但这或多或少都有一定的缺陷.随着细胞生物学、分子生物学、材料科学、临床医学以及生物工程等众多学科的飞速发展,一门全新的交叉学科———组织工程学(TissueEngineering)应运而生.组织工程一词最早由1987年美国科学基金会提出,具体来说,组织工程是将组织细胞粘附在一种生物相容性良好、并可在人体内逐步被降解吸收的支架材料上,并提供营养使之扩增,在体外形成细胞———生物材料复合物,然后将这种复合物植入肌体
3、内,在支架材料逐步被人体降解吸收的同时,细胞不断增殖并分泌基质,最终形成具有与原来[1]特殊功能和形态相应的组织和器官,从而达到修复创伤和重建功能的目的.选择合适的材料作为细胞生长支架是组织工程研究的基础,而作为支架的材料则必须符合以下基本[2]要求:(1)具有足够的机械强度支持细胞分化增生;(2)材料来源充足,易于重复制作,加工成型;(3)良好的生物相容性,其本身及降解产物对细胞和机体无毒性,不会或较少引起炎症和免疫排斥反应;(4)有适度的生物降解速率,且该降解速率需和组织再生的速率相匹配,最后可被完全吸收或安全排出体外;(5)良好的表面相容性,即材料表面具有足够的细胞吸附能力,有利于
4、细胞的粘附和生长.其中支架材料的生物相容性和细胞粘附能力又是至关重要的.目前在组织工程中使用的合成高分子材料,主要是聚乳酸等脂肪族聚酯材料,它们在降解性等方面都基本上能满足支架材料的应用,但在生物相容性和细胞粘附能力方面却远不如天然高分子.因此,天然高分子材料或者天然高分子对合成高分子进行改性后的材料用作支架材料便成为理想的途径之一.1 丝蛋白的性质丝素蛋白(SilkFibroin,以下简称SF),由蚕茧缫丝脱胶而得到,来源丰富,是一种无生理活性的天然结构性蛋白,主要由三种简单的氨基酸:甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸组成,它们占蛋白总量的大概85%.丝纤维用于临床上,如用作手术缝合线等,已经有几
5、十年的历史.在多年的应用中,逐渐发现丝纤维和丝素蛋白有更多的潜力应用于临床修复和组织工程支架及作为改性材料,因为它们有着很多优异的条件,例如:丝纤维容易大量得到;而将丝纤维直接溶在中性盐溶液中(例如氯化钙溶液)后,经透析就可以得到纯的丝素蛋白水溶液;丝素蛋白有良好的生物相容性,无毒,无刺激性;由丝引起的炎症反应不会比一般用于缝合X收稿日期:2003207230基金项目:国家自然科学基金资助项目(29974004,20274009)作者简介:于同隐(1917—),男,资深教授,博士生导师.©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrig
6、htsreserved.第6期 于同隐等:丝素蛋白在组织工程中的应用829线的材料所引起的大.与此同时,丝的降解性也引起了人们关注.Minoura等认为,丝素蛋白是可部分生物降解的,其降解产物本身不仅对组织无毒副作用,还对如皮肤、牙周组织等有营养与修复的作用.一般认为,在体内丝会被缓慢吸收,吸收速率受种植地点、力学环境以及其他多种因素的影响,而且还可以通过[3]制作不同结构形态的丝蛋白材料来调节其降解速率.丝蛋白正是由于具有上述性质,在生物医用领域得到了日益广泛的应用.而将其用于细胞培养的基质,或对一些生物高分子进行修饰,改善它们的生物性能,使其适用于组织工程,
7、更是近年来丝素蛋白的应用研究的热点.2 在丝蛋白上细胞的生长情况早在1995年,日本的Minoura等就研究了鼠细胞L2929在丝蛋白膜上的生长情况,并与其在胶原蛋[4]白上的生长情况加以对比,证明细胞在丝素蛋白膜上的生长速度与在胶原质上的生长速度相当.1998年,Minoura等又进一步研究了不同的人体细胞株在丝素蛋白膜上的生长情况,与在胶原蛋白涂层上以及亲水的聚苯乙烯的生长情况加以对比后发现细胞在丝蛋白和胶原蛋白这两种介质上的生
