组织工程论文

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1、蚕丝在组织工程中的应用与研究摘要组织工程的核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体，材料在组织工程中起到了关键的作用。蚕丝作为天然高分子材料，具备优良的力学性能，同时在生物相容性方面又优于传统的人工合成可降解高分子材料，近年来成为组织工程领域令人关注的一类特殊的生物材料。本文从蚕丝的结构组成、理化性质、生物性能等方面对蚕丝进行介绍，并综述了近年来蚕丝在组织工程材料领域上的应用。关键词蚕丝；生物材料；组织工程引言支架材料作为组织工程关键因素，其研究得到了突飞猛进的发展，涵盖了天然生物材料及人工合成高分子材料两大类，天然的比如有壳聚糖、

2、明胶、海藻酸钠等，人工合成的主要为酯类的高聚物，比如聚乳糖等。但是，由于人体组织结构的特殊性，尚难以确定哪几种材料为最佳支架材料。蚕丝被证明具有生物相容性、良好的生物力学性能、特异的降解性，对于力学强度要求较高，同时降解时间又较长的支架的构建，蚕丝无疑提供了一种很好的选择。1蚕丝的组成结构研究表明蚕丝中蛋白含量高达98%以上，主要是由丝素蛋白、丝胶蛋白和少量蜡质、色素、碳水化合物、无机物组成[1]。丝素又称丝心，是蚕丝的主体部分，主要由重链(H)、轻链(L)和糖蛋白(P25)组成[2]，其氨基酸组成结构简单，其中侧基为简单的甘氨酸、丙氨酸

3、、丝氨酸约占总数的85%，三者摩尔比为4∶3∶1，并且按一定的序列结构排列成较为规则的链段。这些链段的大多位于丝素蛋白的结晶区域，而带有较大侧基的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等主要存在于非结晶区域[3]。丝素蛋白的构象主要是无规则线团为主，还有少量β-转角、α-螺旋等。被覆于丝素外围的丝胶层，主要成分为球丝蛋白（通常称为丝胶），由18种氨基酸组成，其中丝氨酸、天门冬氨酸、氨酸含量较高[4]。2蚕丝的性能2.1蚕丝的生物相容性生物相容性是指材料与人体之间相互作用产生各种复杂的生物、物理及化学反应。与人体接触的生物材料必须无毒、无致敏性，对组织、

4、血液和免疫等系统不产生不良反应。生物相容性是医用生物材料首先要考虑的重要因素。研究结果表明[5]，粗丝是Ⅰ型免疫反应的潜在免疫原,从粗丝抽提出来的丝胶引起T细胞调节的免疫反应。蚕丝作为缝合线，在加工过程中为加强机械特性能常要加一层蜡或硅胶树脂，而且丝胶的抽提程度、蜡的化学性质以及加工过程中许多因素都会影响对丝蛋白纤维生物反应的评价。丝胶类糖蛋白是不利于生物相容的,是致超敏反应的主要因素，如能将丝胶去除，丝心蛋白对机体的生物应答可与其它普遍应用的生物相容性材料相当。去除丝胶的纤维不会引起T细胞调节的体内应答，可以支持细胞的黏附、分化和组织的

5、体外形成[6]。有报道将蚕丝心蛋白应用于不同的细胞培养，如成纤维细胞、成骨细胞、人表皮纤维细胞、人表皮角质化细胞、人的骨髓干细胞以及巨细胞等都表现出良好生物相容性。2.2蚕丝的生物力学性能蚕丝是一种具有优异力学性能的天然有机高分子材料，既具有较高的强度，又有较强的韧性。有研究认为蚕丝的力学性能可能与其二级结构有一定的关系。蚕丝蛋白有4种二级结构，在4种构象中β-片层的含量最高，这种高含量的β-片层结构，可能是引起其高强度和高弹性模量的主要原因[7]。同时较高的α-螺旋结构含量也会引起较高的强度和弹性模量。因为蚕丝在生物力学性能方面与生物肌

6、腱的相近，以及丝素具有的生物相容性，所以以丝素为开发素材研制生物肌腱有着广阔的前景[8]。2.3蚕丝的降解性质5在大多数情况下[9]，具有生物相容性且可降解的材料对宿主细胞是很有利的，但是降解速率必须与组织的生长发育相匹配，或不能迟于组织的发育，这种平衡可保证在宿主和移植物整合期间具有合适的机械和生物相容性。当两者不相匹配时，就会导致组织提前成熟而失败。蚕丝纤维通过一种缓慢的降解，为细胞培养基质和新组织的形成提供足够的时间和机械支持。蚕丝的降解速度比较缓慢，这个可能与微观β-片层晶体结构有关。因此，与其它可降解的合成材料相比，丝蛋白纤维显

7、示出其优越性。由于蛋白酶降解的作用，蚕丝纤维在体内1年就失去大部分张力,2年后就不会被机体识别。同时蚕丝的降解速率还受移植部位、动物模型、机械环境的影响,也与患者的健康和生理状态有关[10]。Lametal[11]认为丝素是可生物降解的，这是因为丝素对蛋白水解酶敏感。将干法纺成的热拉伸聚Ｌ-乳酸（PLLA）纤维与鼠腹部周围肌肉层内几种可吸收的和不可降解的缝合线做比较，体内2周后，通过扫描电子显微镜观察到PLLA、PDS、Vicryl和黑辫状丝有降解迹象出现。2周后除了单纤维尼龙外,所有缝合线都诱发慢性炎症反应。体内6周和12周后，丝已经成

8、碎屑。第24周，体内没有观察到丝和炎症，很有可能是通过蛋白水解酶的消化作用使丝快速降解了。由于Vicryl的存在，到第6周体内炎症开始减退。体内第80周（这个实验的最终时间）PLLA周围出现了