丝素蛋白材料生物相容性评价研究进展

丝素蛋白是一种具有优良理化特性的高分子生物材料,而且具有良好的生物相容性。主要对国内外关于丝素蛋白材料生物相容性评价的研究进展,尤其是其优异的生物功能性做了综述,并对下一步研究其生物相容性分子机制的发展趋势进行了探讨。     

医用丝素蛋白皮肤再生膜的细胞相容性评价

评价医用丝素蛋白皮肤再生膜的细胞相容性。其方法是采用细胞增殖度试验和溶血试验,对医用丝素蛋白皮肤再生膜进行细胞毒性和溶血反应的实验研究。结果表明：该再生膜无明显细胞毒性存在,溶血率为1.15%。医用丝素蛋白皮肤再生膜具有良好的细胞相容性。     

丝素蛋白在小口径人工血管中的应用

背景：国内外众多学者将丝素蛋白应用到小口径人工血管中,得到的人工血管拥有较好的抗血栓性及优秀的机械强度,动物实验也取得了满意的远期通畅率。目的：概述丝素蛋白的生物化学性质,目前在血管中常用的改性手段,以及国内外小口径人工血管中丝素蛋白的具体应用。方法：应用计算机检索中国知网、Medline数据库及ScienceDirect数据库1980年1月至2013年12月有关小口径人造血管血液相容性方面的文献,中文检索词为“人工血管,丝素蛋白”,英文检索词为“Vascular grafts,silk fibroin”。结果与结论：丝素蛋白拥有可控的机械性能,可通过醇化等处理获得不同的顺应性。同时,丝素蛋白拥有良好的生物相容性,分解产物已知、无毒,满足生物医药材料的安全需求。此外,丝素蛋白易于整合抗凝集团,效果明显可靠,且易于内皮细胞定植生长,而短期内能否形成稳定牢固的内皮层是保证血管假体拥有理想远期通畅率的关键,因此丝素蛋白是制备小口径人工血管的理想材料。但是由于制作工艺等问题,中国早期应用丝素蛋白制作的人工血管并未得到长远的发展。近年来,随着纳米材料、仿生技术、组织工程类血管、静电纺丝等技术的研究发展,以及众多学者为应对小口径血管中复杂血流动力学环境对多层血管的研究尝试,为丝素蛋白在人工血管中的应用开辟了新的空间领域。中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程全文链接：     

丝素蛋白材料在组织工程中的新进展

背景：丝素蛋白支架已被建议运用在组织工程骨和软骨重建、肌腱重建、血管重建,神经重建以及膀胱重建等各方面。 目的：总结丝素蛋白作为支架在生物材料和组织工程领域的应用与发展。 方法：由第一作者应用计算机检索PubMed数据库及中国期刊数据库2000年1月至2011年11月有关丝素蛋白支架制备工艺,丝素蛋白支架修饰方法及丝素蛋白在组织工程中的应用等方面的文献。 结果与结论：丝素蛋白具有机械强度高、生物降解性慢、生物相容性良好、制备工艺多样等特点,支持多种细胞黏附、分化和生长,可应用于人工韧带、血管、骨、神经组织等方面。近期以丝素蛋白支架作为载体,通过多种方式添加各种生物制剂,比如各种生长因子和细胞因子,进一步扩大丝素蛋白在组织工程中的应用范围。     

胶原及丝素蛋白支架材料在脊髓组织工程中的应用

背景:以胶原及丝素蛋白材料为构架的脊髓生物支架,已被证实可以修复或部分修复受损的脊髓神经功能。目的:介绍胶原蛋白和丝素蛋白的部分特性,并对近年来其作为支架材料在脊髓组织工程中的应用及进展作一综述。方法:应用计算机检索CNKI和PubMed数据库中2003年1月至2012年10月关于胶原蛋白及丝素蛋白支架材料在脊髓损伤中应用的文章,在主题和摘要中中文以"胶原蛋白,丝素蛋白,支架材料,脊髓损伤"为检索词检索;英文以"collagen;silk fibroin;spinal cord injury"为检索词进行检索。结果与结论:胶原蛋白具有低抗原性、优良的生物相容性和生物降解性,本身及其降解产物在人体内不会引起炎症反应,但存在降解速度过快及力学性能差等缺点。丝素蛋白具有良好的生物相容性及优良的力学性能,但降解速度较慢。将胶原蛋白和丝素蛋白用静电共纺的方法制备成复合体,可以在保持良好生物相容性的基础上,提高材料的物理性能。目前,国内外已对丝素或胶原蛋白材料在神经系统修复方面的应用做了一些研究,为脊髓组织工程奠定了一些基础;又考虑到胶原和丝素材料与脊髓软组织的特性和力学性能相似,胶原/丝素蛋白复合材料有望成为脊髓组织工程理想的支架材料。     

丝素蛋白作为组织工程材料应用于角膜的研究进展

背景：丝素蛋白纤维材料具有透明性、结构可塑性、成分单一性、力学强韧性及生物相容性等特点。 目的：综述国内外丝素蛋白应用于角膜组织工程的研究进展。 方法：由第一作者在标题和摘要中以“silk fibroin, corneal, ocular”或“丝素,角膜”为检索词,检索1980至2011年PubMed及1990至2011年CNKI数据库中关于丝素蛋白角膜的文章。 结果与结论：从天然蚕丝中提取的高分子丝素蛋白,因其良好的生物相容性、独特的力学性能、光学透明性及降解速率可控性,既可以单独应用于角膜组织结构的重建,又可与其他组织材料联合应用,成为角膜组织工程学应用的理想材料。现已证明多种角膜细胞可在丝素纤维膜上良好生长,但体外培养的细胞应用于动物模型的相关研究较少;此外丝素蛋白材料植入角膜内对其产生何种影响的研究数据较缺乏,这些均是亟待解决的问题。     

丝素蛋白/壳聚糖复合支架材料的细胞相容性**

背景：大量研究表明丝素蛋白、壳聚糖为天然高分子材料,具有良好的细胞生物相容性。 目的：探讨丝素蛋白/壳聚糖复合支架材料与诱导的兔骨髓间充质干细胞的生物相容性。 方法：将兔骨髓间充质干细胞分离培养、诱导后,与丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料体外共培养,以材料的细胞毒性、细胞增殖活力、材料细胞黏附率及扫描电镜等检测评价材料的细胞相容性。 结果与结论：经诱导后的骨髓间充质干细胞在支架材料上黏附、生长良好,保持正常的分裂增殖速度;随时间的增加,细胞黏附率增加,材料组较对照组黏附率强,差异有显著性意义(P < 0.05)。扫描电镜观察发现细胞接种48 h后细胞生长良好,与支架黏附紧密,增殖分裂活跃。说明丝素蛋白/壳聚糖三维支架材料具有良好的细胞相容性。     

丝素蛋白生物硅化材料在骨组织工程学中的应用

制备可生物降解并具有骨再生功能的支架材料是骨组织工程当前研究的重点领域。丝素蛋白具备可用作骨组织工程支架材料的许多要素,其中通过仿生方式生物矿化制备的丝素蛋白/无机复合材料与单纯丝素相比,由于具有较好的生物相容性、生物力学性能、可生物降解性以及骨诱导和传导特性,展现出更好的应用前景。本文综述了近年丝素蛋白生物硅化制备新型骨组织工程材料的研究进展,并展望了丝素蛋白生物硅化今后的发展方向。     

丝素蛋白的生物相容性及临床应用

背景：皮肤损伤后的修复和重建都是棘手的问题,以皮肤细胞本身作为皮肤替代物修复缺损,以达到恢复组织器官的形态和功能,成为一种理想的途径,也是临床上难以解决的问题 目的：文章综述了丝素蛋白的生物相容性及应用的研究进展,寻找最佳人工皮肤以应用临床。 方法：应用计算机检索CNKI和PubMed数据库中1992-02/2011-03关于丝素蛋白生物相容性,在组织工程皮肤、生物材料领域应用的文章,在标题和摘要中以“丝素蛋白;生物相容性;组织工程;生物材料;应用”或“Silk fibroin;Biocompatibility;Tissue Engineering;Biological materials;Application”为检索词进行检索。选择文章内容与丝素蛋白的生物相容性及应用相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。初检得到215篇文献,根据纳入标准选择22篇文章进行综述。 结果与结论：对丝胶蛋白特性及研究应用的了解,有利于皮肤损伤后的修复和重建,以皮肤细胞本身作为皮肤替代物修复缺损,以达到恢复组织器官的形态和功能,有良好的机械性能和理化性质及有良好的生物相容性,对表皮细胞生长具有一定的促进作用。但将其应用于临床治疗方面仍需要很长的时间,尚有一些问题需要进一步研究、解决。     

丝素蛋白-壳聚糖支架复合骨髓间充质干细胞体内构建组织工程化软骨的生物相容性

文题释义： 生物相容性：是指生命体组织对非活性材料产生的一种性能,一般是指材料与宿主之间的相容性,包括组织相容性和血液相容性。 检测相容性的方法：是将支架材料与种子细胞在体外共培养,检测支架毒性、细胞活性、细胞增殖及细胞与支架的黏附情况等指标,该方法具有客观性强、可重复性强、影响因素相对简单及敏感性高等特点。 背景：课题组前期的研究中发现,丝素蛋白-壳聚糖支架材料复合诱导后骨髓间充质干细胞在兔体内能修复缺损的软骨组织,但对于该组织工程化软骨组织的生物相容性还未进一步研究。 目的：研究丝素蛋白-壳聚糖支架材料复合骨髓间充质干细胞在体内构建组织工程化软骨的生物相容性。 方法：使用丝素蛋白-壳聚糖按1∶1比例混合制备三维支架材料,提取兔骨髓间充质干细胞,将诱导后的骨髓间充质干细胞与丝素蛋白-壳聚糖支架构建修复体,再将修复体移植到兔关节软骨缺损模型中修复软骨组织。实验分为3组,实验组植入诱导后骨髓间充质干细胞+丝素蛋白-壳聚糖支架,对照组植入丝素蛋白-壳聚糖支架干预,空白组未植入修复体。 结果与结论：①实验成功制备丝素蛋白-壳聚糖三维支架材料及提取骨髓间充质干细胞,并构建软骨缺损的修复体,将修复体植入兔体内能成功修复缺损的软骨组织;②建模后2,4,8,12周,3组血常规、降钙素原、血沉、C-反应蛋白结果提示无明显的全身感染征象,3组血常规及肝肾功能各时间段比较差异无显著性意义(P > 0.05);③一般观察、苏木精-伊红染色及扫描电镜观察：建模后12周,相比其他两组,实验组软骨缺损已修复,支架材料已吸收,修复组织周围未见炎性细胞,修复组织已正常组织整合良好;④结果证实,丝素蛋白-壳聚糖支架复合骨髓间充质干细胞在体内构建的组织工程化软骨具有良好的生物相容性。 ORCID: 0000-0002-8139-1175(佘荣峰) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

丝素材料的药物吸附释放性能与调控研究

为了了解丝素材料对药物等的吸附释放性能 ,并探讨对丝素材料的吸附释放性能的调控 ,用不同离子型化合物作为药物模型 ,比较了分别用未修饰和经羧基进行酰胺化修饰后的丝素制作成的多孔丝素凝胶对不同离子型的化合物的吸附释放行为。结果表明 :经修饰后丝素蛋白质的等电点为 pH6 .0左右 ,而天然的为pH4.0左右。未修饰和经修饰的多孔丝素凝胶都随着溶液 pH的上升 ,对阳离子化合物的吸附量增加 ,释放速度减慢 ;对阴离子化合物吸附量减少 ,释放速度加快。但在相同 pH下与未修饰相比 ,经修饰的多孔丝素凝胶所吸附的阳离子化合物的释放速度加快 ,释放量也增加 ;所吸附的阴离子化合物的释放速度和释放量则明显降低。用羧基酰胺化修饰的方法 ,可在一定程度上改变丝素材料对离子型化合物的吸附释放行为     

Effect of processing on silk-based biomaterials: reproducibility and biocompatibility

Silk fibroin has been successfully used as a biomaterial for tissue regeneration. To prepare silk fibroin biomaterials for human implantation a series of processing steps are required to purify the protein. Degumming to remove inflammatory sericin is a crucial step related to biocompatibility and variability in the material. Detailed characterization of silk fibroin degumming is reported. The degumming conditions significantly affected cell viability on the silk fibroin material and the ability to form three-dimensional porous scaffolds from the silk fibroin, but did not affect macrophage activation or β-sheet content in the materials formed. Methods are also provided to determine the content of residual sericin in silk fibroin solutions and to assess changes in silk fibroin molecular weight. Amino acid composition analysis was used to detect sericin residuals in silk solutions with a detection limit between 1.0 and 10% wt/wt, while fluorescence spectroscopy was used to reproducibly distinguish between silk samples with different molecular weights. Both methods are simple and require minimal sample volume, providing useful quality control tools for silk fibroin preparation processes.     

Evaluation of the properties of silk fibroin films from the non-mulberry silkworm Samia cynthia ricini for biomaterial design

Silk fibroin from a domesticated mulberry silkworm, Bombyx mori, is the most widely used in biomaterial design. We report for the first time the preparation of a relatively smooth (granule free) film of the nonmulberry Samia cynthia ricini fibroin for comparative evaluation of its cell-supporting properties against those of the B. mori fibroin film. The granule formation on the S. c. ricini fibroin film was successfully prevented by facilitating proper rearrangement of the protein molecules, as monitored by FT-IR, by dialysis through a stepwise decrease in the urea concentration in the dialysis media. The lower contact angle of the S. c. ricini fibroin film, compared to the B. mori fibroin film, corresponds well to its lower hydrophobic/hydrophilic amino-acid ratio and grand average of hydropathicity (GRAVY). L929 murine fibroblast cells on the granule-free S. c. ricini fibroin films exhibited greater proliferation and spreading rates than those on the B. mori fibroin films, possibly attributable to its higher content of hydrophilic and positively charged amino acids. It further suggests that fabrication, modification and/or engineering of S. c. ricini fibroin may provide a better biomaterial scaffold design than the more commonly used B. mori fibroin.     

Evaluation of the Properties of Silk Fibroin Films from the Non-mulberry Silkworm Samia cynthia ricini for Biomaterial Design

Silk fibroin from a domesticated mulberry silkworm, Bombyx mori, is the most widely used in biomaterial design. We report for the first time the preparation of a relatively smooth (granule free) film of the nonmulberry Samia cynthia ricini fibroin for comparative evaluation of its cell-supporting properties against those of the B. mori fibroin film. The granule formation on the S. c. ricini fibroin film was successfully prevented by facilitating proper rearrangement of the protein molecules, as monitored by FT-IR, by dialysis through a stepwise decrease in the urea concentration in the dialysis media. The lower contact angle of the S. c. ricini fibroin film, compared to the B. mori fibroin film, corresponds well to its lower hydrophobic/hydrophilic amino-acid ratio and grand average of hydropathicity (GRAVY). L929 murine fibroblast cells on the granule-free S. c. ricini fibroin films exhibited greater proliferation and spreading rates than those on the B. mori fibroin films, possibly attributable to its higher content of hydrophilic and positively charged amino acids. It further suggests that fabrication, modification and/or engineering of S. c. ricini fibroin may provide a better biomaterial scaffold design than the more commonly used B. mori fibroin.     

丝素蛋白在组织工程细胞支架方面的研究进展

近年来有关丝素蛋白用做细胞培养基质材料的研究表明，丝素蛋白对多数种类细胞的体外培养表现出较高的细胞附着率和增殖率，与胶原相当，可以用作组织工程细胞支架材料，应用到组织工程皮肤、软骨、血管等诸多领域。本文就丝素蛋白用于细胞培养的研究现状及丝素蛋白在组织工程细胞支架方面的应用前景做一综述。     

In Vitro and In Vivo Release of Basic Fibroblast Growth Factor Using a Silk Fibroin Scaffold as Delivery Carrier

Two different solvents were used to prepare two types of silk fibroin scaffolds via the salt-leaching technique, i.e., hexafluoroisopropanol (HFIP) and water. The in vitro release study suggests that the opposite charge between the silk fibroin and basic fibroblast growth factor (bFGF) at physiological pH rendered them to form a complex, and the difference in the solvents used to produce the silk fibroin scaffold did not affect the affinity of silk fibroin to bFGF. However, a higher degradation rate of the aqueous-derived silk fibroin scaffolds provided faster in vitro release kinetics of the bFGF, as compared to the HFIP-derived scaffolds. From the in vivo studies, the use of silk fibroin scaffolds as the carrier matrix enabled the control of the in vivo release of bFGF in a sustained fashion over two weeks, while the majority of the bFGF disappeared within one day after the injection of the bFGF in soluble form. In addition, the in vivo release of bFGF from the silk fibroin scaffolds was not affected by the mode of processing due to their similar degradation behavior in vivo.     

丝蛋白应用于牙周组织工程的可行性

背景：丝蛋白是有利于表皮细胞、成纤维细胞、成骨细胞、血管内皮细胞、胶质细胞黏附和生长的一种新型生物材料。 目的：评估丝蛋白作为支架材料应用于牙周组织工程的可行性。 方法：采用组织块法培养人牙周膜细胞,将第5代细胞悬液以2×10⁷ L^-1的浓度接种到丝蛋白支架材料上复合培养,并以1%,10%,50%,100%的丝蛋白支架浸提液培养,观察人牙周膜细胞在丝蛋白上及在丝蛋白浸提液中生长状况,用MTT法测定浸提液培养人牙周膜细胞的活力。 结果与结论：扫描电镜可见人牙周膜细胞在丝蛋白支架上伸展充分,生长旺盛,不同浓度丝蛋白支架浸提液培养对人牙周膜细胞的增殖与碱性磷酸酶活性均无影响。说明丝蛋白材料具有良好的生物相容性、独特的力学性能,可作为人牙周膜细胞黏附生长的理想支架材料较好地应用于牙周组织工程中。     

多孔丝素材料组织相容性的初步研究

背景：丝素蛋白支架材料被植入生物体内后会发生降解且无法完全与宿主组织分离,这类材料生物相容性的研究大多为体外实验,其体内的组织相容性和降解过程的研究结果仍不充分。 目的：初步观察多孔丝素材料的体内组织相容性。 方法：将多孔丝素支架埋藏于SD大鼠背部皮下,术后2,4,6,8周分别取材,对伤口局部及材料情况大体观察,然后材料切片苏木精-伊红染色行组织学观察。 结果与结论：动物伤口愈合良好,多孔丝素表面形成极薄的纤维包裹,周围组织反应轻微。组织切片见炎细胞浸润,以巨噬细胞为主,支架材料边缘孔隙内有成纤维细胞和毛细血管长入。8周时材料边缘部分可见支架结构崩解现象,而材料内部变化不大。结果显示组织细胞可以沿多孔丝素支架表面贴附生长,提示支架材料具有较好的组织相容性。     

Human corneal endothelial cell growth on a silk fibroin membrane

Tissue engineering of the cornea could overcome shortages of donor corneas for transplantation and improve quality. Our aim was to grow an endothelial layer on a substratum suitable for transplant. Silkworm (Bombyx mori) fibroin was prepared as 5 μm thick transparent membranes. The B4G12 cell line was used to assess attachment and growth of human corneal endothelial cells on fibroin and compare this with a reference substratum of tissue-culture plastic. To see if cell attachment and proliferation could be improved, we assessed coatings of collagen IV, FNC Coating Mix(?) and a chondroitin sulphate-laminin mixture. All the coatings improved the final mean cell count, but consistently higher cell densities were achieved on a tissue-culture plastic rather than fibroin substratum. Collagen-coated substrata were the best of both groups and collagen-coated fibroin was comparable to uncoated tissue-culture plastic. Only fibroin with collagen coating achieved cell confluency. Primary human corneal endothelial cells were then grown using a sphere-forming technique and when seeded onto collagen-coated fibroin they grew to confluency with polygonal morphology. We report the first successful growth of primary human corneal endothelial cells on coated fibroin as a step in evaluating fibroin as a substratum for the transplantation of tissue-constructs for endothelial keratoplasty.     

丝素纤维表面改性提高细胞粘附性能

丝素纤维因其良好的力学性能和生物相容性,在生物材料方面应用广泛,如医用缝合线、血管支架等。丝素纤维材料作为血管移植物进入人体后,细胞粘附往往不能达到预期,从而引起血栓,造成失效。该文综述了影响生物材料表面细胞粘附性的因素、提高丝素纤维材料表面细胞粘附性的改性方法以及细胞在生物材料表面粘附性能的评价方法。期望为进一步拓展丝素纤维在生物材料领域的应用提供参考。