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丝素蛋白-医用新材的未来之星

时间:2023-08-22

丝素蛋白,是天然的高分子纤维蛋白,由丝胶以及丝素纤维构成的,负责形成丝素纤维。作为一种被认为是丝素纤维机械性能的重要支持,丝素蛋白源自于丝胶和丝素纤维分子间的规则β折叠晶体结构。丝胶是一种胶状的非晶态蛋白质,它像涂层一样存在,发挥粘合剂的作用,以保证纤维的结构完整性。

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Tufts大学(塔夫茨大学)的D.Kaplan教授及其领导的研究小组在相关方面已经进行了20多年的研究,他们在动物丝及丝蛋白多方面的研究尤其是在生物医药中的应用一直处于领先地位,2003年Kaplan教授提出动物丝蛋白成丝机理中的胶束理论,引起了广泛关注;目前市面上众多丝素蛋白公司的技术很多源于Tufts大学。

在实际应用方面,丝素蛋白材料是一种综合性能优异的天然高分子材料,具有以下突出的特点:

1. 力学性能和可加工型优异:丝素蛋白的弹性模量强(与人骨接近),可以根据临床需要的力学要求调节产品分子量,具有多样的加工性,可加工成不同形态,应用领域广泛。丝素蛋白除了可以以纤维状态存在,还可被加工成凝胶、颗粒状、纤维状、薄膜状,以及三维(3D)多孔支架等。

2. 生物相容性以及生物安全性良好:丝素蛋白是蚕绢丝腺内壁上内皮细胞分泌、合成的天然高纯度蛋白质,无毒、无致敏性,也可通过改造丝蛋白的成分来进行调节,从而达到适应不同生物体内环境的要求,因此具有很好的生物相容性;与其他动物源性蛋白质不用,蚕丝并不带有细胞,丝素蛋白是一种不含杂蛋白的纤维状长链蛋白质,无免疫原性。

3. 生物降解友好:与其他人工材料如聚乳酸的降解产物相比,丝素蛋白可以完全降解且降解过程中不会因组织环境的pH值降低而产生炎症反应。

4. 来源广泛:中国作为蚕丝生产大国原材料来源广泛,丝素蛋白在蚕丝含量占70-80%,材料利用度高。

5. 市场前景广阔:产品Silkvoice于2018年被FDA获批用于治疗声带介质化和声带功能不全、国内已经批准两个三类和一个二类医疗器械(河北赛罗生产的可吸收丝素修复膜-用于拔牙窝位点保存;浙江星月生产的丝素蛋白膜状敷料-供皮区覆盖和丝素蛋白水凝胶敷料-用于激光术后非慢性创面的覆盖和护理)。值得关注的是两大巨头高德美和艾尔建分别与美国再生医学公司Sofregen和丝素蛋白公司Serica Technologies Inc建立合作局丝素蛋白产品的开发。

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丝素蛋白作为填充材料优势:

透明质酸相比,丝素蛋白是天然蛋白高分子,具有的氨基酸组成成分、一级分子结构和分子间高级三维结构接近于天然胶原蛋白。同时,丝素蛋白的免疫原性又优于天然胶原蛋白。特别,丝素蛋白的机械性能和可加工性能远远高于透明质酸和天然胶原蛋白,更高于重组胶原蛋白,所以我们选取丝素蛋白作为思元面部填充产品的开发原料,开发出一些列丝素蛋白的填充产品,以医用交联丝素蛋白凝胶为例,丝素蛋白填充材料具有的优势包括:

1. 生物活性好:具有类似于天然胶原蛋白的氨基酸组成成分和仿生纤维结构,有助于组织细胞在凝胶支架上攀附、生长、增值。

2. 安全性高:丝素蛋白凝胶生物相容性好,无免疫源性风险,可在体内完全降解,降解产物为多种人体所需氨基酸,可以加速细胞新陈代谢。

3. 支撑性强、保持时间可控:丝素蛋白凝胶的交联方式和交联密度可调控性高,可制备成多种不同弹性模量(500-3000pa),不同降解周期的凝胶材料。

4. 组织内二次溶胀率低:丝素蛋白凝胶在组织内部的吸水能力较低,不易发生二次溶胀,降低了医生的注射操作难度,注射后可以达到所见即所得的有益效果。

5. 组织粘附性高、不移位:蛋白凝胶分子链上具有大量的甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸残基,注射到组织内部后,与组织粘附性好,不易发生移位,不流动。

6. 可逆性:丝素蛋白凝胶可以经过人为干预加速降解,一旦有不良反应可经酶解消除。

7. 无丁达尔现象。(注射中丁达尔现象的出现是注射部位出现淡蓝色反应的情况,原因是在皮肤菲薄的区域注射了过量的软组织填充剂。从物理角度讲这种现象是由于胶体中粒子对光的散射作用而产生的)

8. 丝素蛋白有即刻填充的效果,还可刺激胶原蛋白再生,这对于早期细胞的浸润有所助益。当人体运用酶分解丝素蛋白时,成纤维细胞、纤维组织以及胶原蛋白将替代蚕丝的体积,为持久的体积填充提供支持,其保持时长可通过工艺的调整来实现,至少达到1-2年的效果。
丝素蛋白作为生物再生材料免疫原性风险、对细胞有粘附和引导生长作用,可诱导自体组织生产,且最终可完全降解,是一种理想的再生材料它优越性不言而喻,极具潜能。
极深研几,砥志研思,思元将继续深入研究丝素蛋白这款新材料,开发出引领潮流的新产品!