丝素海绵生物敷料的性能及其修复兔全层皮肤缺损的实验研究

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1、浙江人学硕士学位论文引言1引言1．1丝素蛋白材料的结构与特性丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，纯粹的丝素由蚕丝经精炼脱去丝胶及其它成分而获得，呈白色半透明状，并具有独特美丽的光泽。丝素蛋白含量约占蚕丝的70％．80％，共含18种氨基酸，其中甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)和丝氨酸(Ser)含量最多，约占丝素所有氨基酸总量的87％。由一条分子量为30．50万的长链和一条分子量约2．5万短链以二硫键的方式构成丝素蛋白的亚单元结构【lJ。丝素蛋白由结晶区和非结晶区二部分组成。结晶区分子量在4100左右，每一个分子上约有6

2、0和氨基酸残基数，主要由侧链较小的Gly(侧链一H)、Ala，(侧链．CH3)、Ser(侧链．CH20H)的残基组成，因此肽段排列比较整齐紧密。每条肽链中Gly、Ala(或Ser)交替出现，有时也包括酪氨酸(Tyr)，非极性基团较多，化学性质不活泼，不易受外界影响而变化，分子排列成同一个方向，相互间吸引力大、结合力强。结晶区二级构象以D．片层结构为主，肽链间以氢键和分子问作用力结合，肽链排列整齐紧密，结合力较强。因此，蚕丝抵抗外力拉伸能力较强，断裂强度较大。丝素蛋白的非结晶区分子量约3800，每一个分子上约有49个氨基酸残基数

3、，主要由带有较大侧基的氨基酸组成，如带有二个氨基或二个羧基的脯氨酸(Phe)、酪氨酸(Zyr，部分存在于结晶区中)等，分子间结合力较弱，肽链排列较为疏松，并有弯曲和缠结。非结晶区肽链中如．COOH、．NH2等极性基团较多且较为活泼，易受外界环境影响，在外力拉伸下可以变直和伸长，因此蚕丝又具有较好的断裂伸长度和弹性回复率。通常把丝素蛋白分子的结晶构象分为SilkI和SilkII两种结构类型，但关于这两种类型二级结构的研究较多，结论也有所差别【2—1。一般认为主要包括无规则线团和0【螺旋。SilkII结构主要是p．反平行折叠而形成

4、的层状结构。SilkI结构不稳定，如用湿热、稀酸、极性强的有机溶剂处理，可使SilkI的螺旋部分发生不可逆的伸展而成为结构较为稳定的p．片层结构。浙江大学硕十学位论文引言因此，这种结晶区与非结晶区的相互配合，以及构象结构的多样性和可转换性使得丝素蛋白具有特殊的理化性能，为丝素蛋白生物材料的结构和功能的多样性奠定了基础。Altrnan等【6】认为丝素具有比许多其他天然纤维和高性能合成纤维有更独特的力学性能；纤维表面易于化学共价修饰黏附位点和细胞因子，可通过不同方法处理获得多种形态及改变表面性能；在体内可以缓慢降解为氨基酸，降解速

5、度可调，且降解产物对生物体无危险性，还对如皮肤、牙周组织等有营养和修复作用。并可以通过遗传工程改进丝蛋白的成分来调节分子量的大小、结晶性和溶解性等。因此，丝素蛋白作为组织工程的优良材料来源得到广泛的研究。1．2丝素蛋白材料的类型及其应用研究丝素蛋白不溶于水，也不溶于乙醇等有机溶剂，但在某些中性盐溶液中可发生无限膨胀成为粘稠的液体，经透析除盐即可得到丝素蛋白溶液。脱胶后的丝素纤维和丝素蛋白溶液均可通过多种物理化学方法制备成纤维状、粉末状、膜状、凝胶状和海绵状等多种形态的丝素材料。1．2．1丝素纤维材料蚕丝经脱胶后获得的丝素纤维进

6、行缠绕或编织，是最基本的获得丝素纤维多孔材料的方法，由丝素纤维编织的缝合线已经用作外科手术【61。在缝合线上固定Arg—Gly-Asp(RGD)缩氨酸亦可增加细胞黏附，与未经修饰的蚕丝纤维相比，培养人体肌腱细胞3天后促进的细胞的黏附，在第6周时，促进I型胶原的增加和修饰转录水平【7】oAltman等【8】认为蚕丝纤维具有良好的力学性质、生物相容性以及生物降解性，他们将丝素纤维编织成绳状，用作人工十字韧带(AnteriorCruciateLigaments，ACL)基质的制作材料，并用此支架来培养人骨髓基质干细胞(hBMSC)，

7、细胞生长良好，显示有韧带I型胶原和III型胶原的表达。在单纯的丝素纤维多孔材料的基础上，研究者试图通过改善丝素纤维和丝素纤维材料的性质，使其更适合细胞培养和组织器官构建的要求。吴海涛等【91将脱胶后的丝素纤维任意缠绕成网状，用聚乳酸或鼠尾胶进行包埋，复合三维支架，进行兔软骨细胞的培养，2周后软骨细胞充满三维支架网眼，并分泌大量蜘蛛网2浙江大学硕士学位论文样软骨基质。与不经聚乳酸或鼠尾胶包埋的单纯消化后蚕丝纤维支架相比，软骨细胞的密度分布以及丝素纤维之间的间距更均匀，且成片状的软骨细胞一蚕丝复合体结构。1．2．2丝素蛋白膜丝素蛋

8、白膜由丝素蛋白水溶液或有机溶液或共混其他高分子的溶液制成，由丝素蛋白水溶液制成的丝素蛋白膜的氧和水蒸气的透过性决定于silkI和silkII结构的含量【10，n1。50％酒精处理不同时间可以引起丝素结构的改变，从而导致膜的机械性能和降解性能的改变【11】。纳米级的丝素蛋白膜同