医用再生丝素蛋白材料制备与研究进展(6)
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【关键词】
【摘要】Zhang等[69]在再生丝素溶液中加入过量的水溶性质子和极性非质子有机溶剂,丝素快速分散并脱水沉淀,迅速变为Silk Ⅱ结构。沉淀物经过1~5 min的超声处理
Zhang等[69]在再生丝素溶液中加入过量的水溶性质子和极性非质子有机溶剂,丝素快速分散并脱水沉淀,迅速变为Silk Ⅱ结构。沉淀物经过1~5 min的超声处理后形成了丝素蛋白微球。相分离技术制备微球过程简单快速,但难以通过溶剂参数控制微球的结晶结构,试验可重复性较差。另外,加入不同溶剂后微球对药物的负载能力会受到影响,缓释能力也有所下降。
水凝胶、多孔支架、薄膜和微球是目前丝素蛋白作为医疗用材料最常见的形式,制备方法与优缺点对比见表1。综合目前研究结果,丝素蛋白多孔支架和载药微球是最具有临床应用前景的医疗用材料。然而目前丝素蛋白材料仍停留于细胞检验或动物模型,要投入临床使用还有大量工作要做,目前已有一些加工技术可以精准模拟组织的内部结构,但生产复杂且成本高。在材料中加入生长因子可以有效促进组织修复,如何在加工过程中加入生长因子或种子细胞而不减弱其活性还需要进一步研究。另外,加强载药微球对药物负载能力,调整材料降解时间以适应不同组织修复或调控药物缓释时间等都是今后研究的方向。丝素蛋白材料产量小也是限制其商业化生产的一大问题。
表1 再生丝素蛋白材料制备方法再生丝素蛋白材料制备方法优点缺点水凝胶旋流剪切简单易操作,形成水凝胶机械性能好。不利于细胞的生长。超声振荡凝胶化时间可控制,凝胶结构稳定。制备条件对凝胶形成影响较大,可重复性差。酸处理可适当调节水凝胶材料的二级结构。水凝胶最终pH值受酸影响较大,不利于细胞生长。自然凝胶、浓缩凝胶凝胶中分散相分布均匀。凝胶时间长,质量较差。电凝胶凝胶时间短,过程可逆,有利于原位凝胶的研究;凝胶黏附性很好。电凝胶中β-折叠结构少,需经后处理改善凝胶力学性能。有机溶剂诱导法简单有效,室温下可迅速凝胶,水凝胶中含大量β-折叠结构。使用前要彻底除去水凝胶中的有机溶剂。多孔支架冷冻干燥支架孔径孔隙率等可控,结构疏松。冷冻干燥机较为昂贵,生产要求较高。粒子致孔操作简单,通过控制致孔粒子参数改变支架性能。支架孔径小于致孔粒子尺寸,要得到孔分布均匀的支架要使致孔粒子充分分散。快速成型成型快速,有望用于个性化治疗。要解决生物墨水的快速成型问题。气体发泡致孔支架压缩性能好,支架中不含有其他物质。支架材料结构不稳定,孔壁易断裂破碎。反复冻融无须使用真空冷冻干燥机,支架孔径比真空干燥大。操作复杂,反复冻融会降低材料的力学性能。静电纺丝支架表面形貌粗糙,孔间连通率高,有利于细胞生长。支架溶失率大,需经过后处理提高结晶度。传统纺织品织造方法可在纺丝液中加入生长因子,用作修复材料。纤维一般为微米级,支架孔径和孔隙率不易控制。薄膜浇铸法对细胞的黏附性好,可使用模具制备微图案化薄膜,引导细胞行为。机械性能一般较差,需要经过后处理诱导β-折叠结构的形成,提高力学性能和不溶性。LB膜技术可获得超薄丝素膜;比浇铸法制得的丝素膜更适合细胞生长。制膜依靠的是分子间作用力,因此膜机械性能差;制膜过程需要使用氯仿等有机溶剂,对人体和环境有危害。微球喷雾干燥通过喷嘴尺寸调控微球粒度;丝素蛋白在干燥过程中快速形成β-折叠结构。微球的溶胀率低,对药物负载能力较差。冷冻干燥反复冷冻干燥使药物与丝素混合均匀。微粒不够精细,需要通过后处理调整二级结构。乳化交联加超声处理微球粒径分布均匀。微球产率低。层流射流破碎法加工条件温和,可在制备阶段负载药物;通过喷嘴和振频控制微球粒径。微球抗水溶性差,需经过不溶处理,但不溶处理对药物负载率影响很大。相分离技术对加工条件要求低。不同溶剂对二级结构影响不同,一般微球化学稳定性较差,需经后处理。
3 结语
本文讨论了再生丝素蛋白溶液制备的几种方法,并对几种丝素蛋白材料的制备方法做了简要梳理。目前丝素蛋白材料主要有水凝胶、多孔支架、薄膜和微球等形式,他们的适用场合也不一样。水凝胶和薄膜的内部结构与细胞外基质结构相似,能够很好地促进组织修复,适用于皮肤组织工程修复材料。多孔支架具有优良的力学性能,在支架中添加生长因子,能更好地将其应用于缺损组织的修复。丝素蛋白微球主要用于药物的装载和释放,在慢性病治疗、创伤修复等领域发挥药物缓释的作用。
丝素蛋白材料在生物医学领域的应用促进了其在生物材料领域的研究。虽然已经取得许多研究成果,仍然有许多未解决的问题:
文章来源:《生物数学学报》 网址: http://www.swsxxb.cn/qikandaodu/2021/0331/442.html