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/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。     

脱细胞脊髓基质支架的制备及生物特性

背景：以脱细胞脊髓基质材料为构架的脊髓生物支架,已被证实可恢复或部分恢复受损的脊髓神经功能。 目的：介绍脱细胞脊髓基质支架的制备方法和部分生物特性,对近年来其在脊髓组织工程中的应用及进展作一概述。 方法：应用计算机检索 CNKI 和 PubMed 数据库中 2005年1月至2014年10月关于脱细胞脊髓基质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“脱细胞脊髓,支架材料,脊髓损伤,组织工程学”为检索词检索,英文以“acellular spinal cord;engineering tissue;spinal cord injury;scaffold”为检索词进行检索。 结果与结论：脱细胞脊髓基质支架具有较低的抗原性、优良的生物相容性及类似脊髓的三维支架结构,但存在力学性能差及结构不稳定等缺点。通过京尼平、戊二醛等交联剂改性后可明显提高支架的生物性能。目前国内外已对脱细胞脊髓基质支架在神经修复再生方面的应用做了一些探索,为脊髓组织工程学打下了基础。由于脱细胞脊髓基质支架的诸多优点,脱细胞脊髓基质材料有望成为脊髓组织工程学的理想材料。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     

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     

不同口腔种植材料的应用及安全性评价

背景：目前临床应用的牙种植体材料种类繁多,各有其优缺点,哪种材料更具临床应用价值及良好的生物相容性呢？ 目的：综述不同口腔种植材料的研究进展,评价其种植后与宿主的相容性及临床应用前景。 方法：应用计算机检索CNKI和PubMed数据库中2000-01/2011-03关于口腔种植材料应用的文章,在标题和摘要中以“口腔种植体;牙种植体;合金;陶瓷;高分子材料;复合材料”或“dental implant;polymer alloy composite material;ceramic/aluminum alloy”为检索词进行检索。选择内容与不同口腔种植材料的应用特点及安全性相关文章。初检得到126篇文献,根据纳入标准选择30篇文章进行综述。 结果与结论：合金、陶瓷、高分子、复合材料及纳米材料在口腔种植方面发挥了重要作用。理想口腔植入材料的选择,需要对其生物相容性、生物力学性能、生物学形态、与周围组织的结合能力等各方面综合考虑,对细胞、组织等应无毒性、无刺激性、无致畸致突变性,同时与骨组织之间应形成骨性结合,具有良好的骨引导或骨诱导作用。     

丝素蛋白的免疫学特性及细胞相容性研究进展

丝素蛋白作为一种具有良好生物相容性和低免疫原性的天然高分子材料在生物医学领域里有着广泛的应用价值。阐述了近年来对丝素蛋白在组织工程学研究中所涉及的免疫学方面及细胞相容性方面的研究概况。     

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。     

蚕丝丝素纤维的制备及其与骨髓间充质干细胞相容性的研究

组织工程为韧带损伤修复提供了可行途径，但韧带修复对支架材料各方面性能要求都很高。在力学性能方面，不仅要求材料有一定的强度而且需要有良好的韧性。在满足力学性能的同时，支架材料还必须兼具优良的生物相容性。蚕丝作为一种天然生物蛋白质，由于其良好的力学性能显示了在组织工程方面应用的前景。但由于丝胶存在污染问题，因此脱胶成为蚕丝在医学领域应用的首要问题。本实验首先比较了三种脱胶试剂对蚕丝力学性质的影响，选择了影响最小的碳酸钠作为脱胶试剂，进而确定了碳酸钠脱胶的最佳条件为：试剂浓度0．40%，温度90℃，时间为1h。然后在脱胶后的丝紊纤维上种植了大鼠骨髓问充质干细胞（Rat bone marrow mesenchymal stem cells，rMSCs），通过扫描电镜（SEM）、荧光显微镜检测了丝素上细胞的生长情况，结果显示蚕丝具有良好的生物相容性，细胞亲和力。为蚕丝在韧带组织工程方面的进一步应用奠定了基础。     

Behaviour of human mesenchymal stem cells on a polyelectrolyte-modified HEMA hydrogel for silk-based ligament tissue engineering

The aim of this study was to design a functional bio-engineered material to be used as scaffold for autologous mesenchymal stem cells in ligament tissue engineering. Polyelectrolyte modified HEMA hydrogel (HEMA-co-METAC), applied as coating on silk fibroin fibres, has been formulated in order to take advantage of the biocompatibility of the polyelectrolyte by increasing its mechanical properties with silk fibres. Human bone marrow mesenchymal stem cells behaviour on such reinforced polyelectrolyte has been studied by evaluating cell morphology, cell number, attachment, spreading and proliferation together with collagen matrix production and its mRNA expression. Silk fibroin fibres matrices with HEMA-co-METAC coating exhibited acceptable mechanical behaviour compared to the natural ligament, good human mesenchymal stem cell adhesion and with mRNA expression studies higher levels of collagen types I and III expression when compared to control cells on polystyrene. These data indicate high expression of mRNA for proteins responsible for the functional characteristics of the ligaments and suggest a potential for use of this biomaterial in ligament tissue-engineering applications.     

Biocompatibility evaluation of silk fibroin with peripheral nerve tissues and cells in vitro

Silk-based materials have been used in the field of bone or ligament tissue engineering. In order to explore the feasibility of using purified silk fibroin to construct artificial nerve grafts, it is necessary to evaluate the biocompatibility of silk fibroin material with peripheral nerve tissues and cells. We cultured rat dorsal root ganglia (DRG) on the substrate made up of silk fibroin fibers and observed the cell outgrowth from DRG during culture by using light and electron microscopy coupled with immunocytochemistry. On the other hand, we cultured Schwann cells from rat sciatic nerves in the silk fibroin extract fluid and examined the changes of Schwann cells after different times of culture. The results of light microscopy, MTT test and cell cycle analysis showed that Schwann cells cultured in the silk fibroin extract fluid showed no significant difference in their morphology, cell viability and proliferation as compared to that in plain L15 medium. Furthermore, no significant difference was found in expression of the factors secreted by Schwann cells, such as nerve growth factor (NGF), brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and S-100, between Schwann cells cultured in the silk fibroin extraction fluid and in plain L15 medium by the aid of immunocytochemistry, RT-PCR and Western analysis. Collectively, these data indicate that silk fibroin has good biocompatibility with DRG and is also beneficial to the survival of Schwann cells without exerting any significant cytotoxic effects on their phenotype or functions, thus providing an experimental foundation for the development of silk fibroin as a candidate material for nerve tissue engineering applications.     

Stem cell-based tissue engineering with silk biomaterials

Silks are naturally occurring polymers that have been used clinically as sutures for centuries. When naturally extruded from insects or worms, silk is composed of a filament core protein, termed fibroin, and a glue-like coating consisting of sericin proteins. In recent years, silk fibroin has been increasingly studied for new biomedical applications due to the biocompatibility, slow degradability and remarkable mechanical properties of the material. In addition, the ability to now control molecular structure and morphology through versatile processability and surface modification options have expanded the utility for this protein in a range of biomaterial and tissue-engineering applications. Silk fibroin in various formats (films, fibers, nets, meshes, membranes, yarns, and sponges) has been shown to support stem cell adhesion, proliferation, and differentiation in vitro and promote tissue repair in vivo. In particular, stem cell-based tissue engineering using 3D silk fibroin scaffolds has expanded the use of silk-based biomaterials as promising scaffolds for engineering a range of skeletal tissues like bone, ligament, and cartilage, as well as connective tissues like skin. To date fibroin from Bombyx mori silkworm has been the dominant source for silk-based biomaterials studied. However, silk fibroins from spiders and those formed via genetic engineering or the modification of native silk fibroin sequence chemistries are beginning to provide new options to further expand the utility of silk fibroin-based materials for medical applications.     

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。     

丝素蛋白纳米羟基磷灰石复合材料的生物安全性

BACKGROUND: Silk fibroin has excellent biocompatibility, biodegradability and unique mechanical properties. Its composite, silk fibroin/nano-hydroxyapatite, can simulate the composition and structure of nature bone tissue, contributing to remedying the insufficient mechanical properties of nano-hydroxyapatites. OBJECTIVE: To observe the biological safety of silk fibroin/nano-hydroxyapatite composites. METHODS: Silk fibroin/nano-hydroxyapetite composite biomaterial was synthesized by the coprecipitation method using silk fibroin, calcium chloride and diammonium phosphate as raw materials. According to the demands of International Standard Organization (ISO10993) and Technical Evaluation Standards of Biomedical Materials and Medical Instruments promulgated by Chinese Board of Health (GB/T 16886), experiments of cell toxicity in vitro, acute toxicity and hemolysis were investigated to evaluate the biocompatibility of silk fibroin/nano-hydroxyapetite composite. RESULTS AND CONCLUSION: L929 cells co-cultured with silk fibroin/nano-hydroxyapatite composite leaching liquor had good cell morphology, metabolism and proliferation. The leaching extract of silk fibroin/nano-hydroxyapatite composite injected into mice intraperitoneally had no significant adverse reactions. And silk fibroin/nano-hydroxyapatite composite extracts caused 2.39% blood hemolysis, less than the international standards 5%. These experimental results on cell toxicity test in vitro, acute toxicity and hemolysis met the demands of ISO10993 and GB/T, which show the biological safety of the silk fibroin/nano-hydroxyapatite composite for clinical application.     

Biocomposites Electrospun with Poly(ε-caprolactone) and Silk Fibroin Powder for Biomedical Applications

Biomedical synthetic polymers have been used in soft and hard tissue regeneration because of their good processability and biodegradability. However, biomaterials such as poly(ε-caprolactone) (PCL) have various shortcomings, including intrinsic hydrophobicity and lack of bioactive functional groups. The material must be reinforced with natural biomaterials to achieve good cellular and mechanical performance as biomedical material. We fabricated a biocomposite using PCL and silk fibroin (SF) powder, which has good biocompatibility and mechanical properties. The hydrophilicity, mechanical properties and cellular behavior of the PCL/SF fibers were analyzed. In addition, we obtained a highly oriented conduit of electrospun biocomposite fibers by modifying the rolling collector of the electrospinning system. As the alignment of micro/nanofibers increased, the orthotropic mechanical properties were improved. The biocompatibility of the biocomposite was evaluated in a culture of bone-marrow-derived rat mesenchymal stem cells. The cellular result demonstrated the potential usefulness of electrospun biocomposites for various biomedical conduit systems.     

基于丝素/胶原/羟基磷灰石仿生骨材料的多维结构及其性能

目的 体外构建丝素蛋白（silk fibroin,SF）、I型胶原(type I collagen,Col-I)和羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)共混体系制备二维复合膜和三维仿生支架,研究其理化性质和生物相容性,探讨其在组织工程支架材料中应用的可行性。方法 通过在细胞培养小室底部共混SF/Col-I/HA以及低温3D打印结合真空冷冻干燥法制备二维复合膜及三维支架。通过机械性能测试、电子显微镜和Micro-CT检测材料的理化性质,检测细胞的增殖评估其生物相容性。结果 通过共混和低温3D打印获得稳定的二维复合膜及三维多孔结构支架;力学性能具有较好的一致性,孔径、吸水率、孔隙率和弹性模量均符合构建组织工程骨的要求;支架为网格状的白色立方体,内部孔隙连通性较好; HA均匀分布在复合膜中,细胞黏附在复合膜上,呈扁平状;细胞分布在支架孔壁周围,呈梭形状,生长及增殖良好。结论 利用SF/Col-I/HA共混体系成功制备复合膜及三维支架,具有较好的孔连通性与孔结构,有利于细胞和组织的生长以及营养输送,其理化性能以及生物相容性符合骨组织工程生物材料的要求。