负载钛酸钙取向性静电纺聚己内酯/丝素蛋白支架促进周围神经再生

背景:取向性聚己内酯/丝素蛋白共混静电纺丝支架修复周围神经损伤可促进神经再生,但修复效果有限,还需要进一步结合生物活性材料、生长因子等因素制备仿生神经支架。钛酸钙纳米颗粒具有促进施万细胞间黏附的能力,已被广泛运用于生物医学材料领域。目的:采用静电纺丝技术制备取向性聚己内酯/丝素蛋白-钛酸钙功能化支架,进一步探索该支架对施万细胞活力与黏附的影响。方法:采用静电纺丝技术制备聚己内酯/丝素蛋白支架,通过调整制备过程中的注射器流速、接收装置转速、纺丝时间筛选最优参数进行后续实验。在最优参数下,采用静电纺丝技术制备随机取向聚己内酯/丝素蛋白支架(记为PCL/SF-R)、取向性聚己内酯/丝素蛋白支架(记为CTO-0)及含0.1,0.5,1.0 mg/mL聚多巴胺修饰钛酸钙的取向性聚己内酯/丝素蛋白支架(依次记为CTO-1、CTO-5、CTO-10),表征5组支架的物理性能。将5组支架浸提液分别与大鼠成纤维细胞系(L929)共培养,采用MTT法检测细胞增殖。将大鼠施万细胞系(RSC96)分别接种于5组支架上,进行细胞活力、细胞骨架染色及细胞骨架与细胞黏附相关基因检测。结果与结论:①制备静电纺丝支架的最优参数为:注射器流速15μL/min,接收装置转速1800 r/min,纺丝时间1 h;②PCL/SF-R组水接触角最大、弹性模量最小,CTO-0组水接触角最小、弹性模量最大;CTO-0组支架降解速率低于CTO-1组,并且随着取向性支架中钛酸钙质量浓度的增加,支架的降解速率降低;③5组支架对L929细胞无毒性作用,具有良好的生物相容性;CCK-8检测结果显示,CTO-10可提升RSC96细胞活力;细胞骨架染色结果显示,取向性支架上细胞的长宽比和细胞突起长度均高于随机取向支架;qPCR检测结果显示,CTO-5组、CTO-0组YAP、Cntn2 mRNA表达均高于PCL/SF-R组(P<0.05);④结果表明,取向性聚己内酯/丝素蛋白-钛酸钙支架具有良好的生物相容性、力学性能及亲水性,可提升施万细胞的活力与迁移能力,促进周围神经再生。

丝素蛋白水凝胶的降解速率对其表面黏附细胞增殖的影响

采用相分离法分别制备了含蛋白酶和不含蛋白酶的两种丝素蛋白微球,并将这两种微球按不同配比包裹至以钌化物光交联的丝素蛋白水凝胶内部,研究该凝胶降解速率对其表面黏附细胞增殖的影响。通过质量损失法表征水凝胶的降解速率,用扫描电镜和电子万能试验机表征降解速率对水凝胶微观结构和压缩力学性能的影响,通过CCK-8法评估水凝胶降解速率对其表面细胞增殖的影响。研究结果表明:丝素蛋白水凝胶的降解使其表面形貌变得粗糙起伏、并逐渐变硬、变脆,当水凝胶内部包裹的不含酶微球和含酶微球质量比为7∶3时,其表面培养的细胞增殖最快。

丝素蛋白联合壳聚糖基热敏水凝胶的性能评估

目的在壳聚糖(CS)/羟丙基甲基纤维素(HPMC)热敏水凝胶的基础上,利用丝素蛋白(SF)与CS交联,构建CS/HPMC/SF水凝胶,研究SF对水凝胶的性能影响。方法共混法制备CS/HPMC混合溶液,向其中分别添加1%、5%、10%的SF溶液及交联剂京尼平,加入圆柱形模具中,升温至37℃,使溶液转为凝胶态。对水凝胶进行形貌、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射(XRD)以及亲水性及力学性能表征检测。结果扫描电子显微镜下观察水凝胶为多孔状,随着SF的加入,孔隙减少,出现裂痕。FTIR和XRD结果显示,CS与HPMC混合后结晶程度改变,当加入SF后,SF与CS发生化学交联,结构发生转变,水凝胶的亲水性也因此减弱。力学表征显示,当SF的添加量为5%时,水凝胶的回弹性最优,弹性模量最大,且基本保持不变。结论SF与CS的交联改进了CS基热敏水凝胶的性能,相比于其他组水凝胶,CS/HPMC-5%SF保持良好的亲水性且具有较好的力学性能。

丝素蛋白/明胶/壳聚糖三维多孔软骨组织支架的制备及体外评价

背景:软骨缺损是骨科医生面临的主要临床挑战之一,组织工程是一种结合了工程学和细胞生物学知识的跨学科方法,为软骨缺损的修复提供了新思路与途径。目的:基于丝素蛋白、明胶和壳聚糖制备多组分复合支架,通过评估其理化性质和生物学性能,筛选能够适合软骨再生的三维多孔支架。方法:以丝素蛋白、明胶和壳聚糖为基础材料,通过真空冷冻干燥法制备4组多孔支架,分别为明胶/壳聚糖支架、丝素蛋白/壳聚糖支架、丝素蛋白/明胶支架和丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架,通过扫描电镜、X射线衍射、孔隙率、吸水膨胀率和生物降解率及力学性能等检测筛选出合适的软骨支架。然后将软骨支架与骨关节炎患者软骨细胞共培养,通过细胞黏附率、活死染色和增殖活性等检测体外评估多孔支架用于软骨损伤修复的可行性。结果与结论:①4组支架均具有多孔结构,综合物理性能检测结果得出丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架更符合软骨缺损修复的要求,该支架的孔径为(176.00±53.68)μm,孔隙率为(80.15±2.57)%,吸水溶胀率为(3712±358)%,体外浸泡于含溶菌酶的PBS中28 d后的生物降解速率为(46.87±3.25)%,且具有良好的机械性能;②软骨细胞可在丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架上良好黏附,且随着时间的延长,细胞黏附率增加;CCK8和活/死细胞双染检测结果显示,丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架具有良好的生物相容性和较低的细胞毒性;③结果表明,丝素蛋白/明胶/壳聚糖支架具有高度水合3D结构、合适的孔径和孔隙率、良好的生物降解性能和优越的机械性能,可以为营养物质的转运和软骨细胞的附着、增殖提供良好的网状骨架和微环境。

丝素蛋白纳米颗粒的制备及其在食品领域的应用

近年来,许多蛋白质被用于开发和制造纳米材料。良好的生物相容性、优秀的机械性能及生物降解性等特点使丝素蛋白在食品领域备受青睐,丝素蛋白制备成的丝素蛋白纳米颗粒具有尺寸小、降解和释放可控等特点,可作为生物活性成分的递送系统,也常常被应用于食品包装中。该文从丝素蛋白的结构与性质、丝素蛋白纳米颗粒的制备、丝素蛋白在食品领域的应用等3个方面进行了综述,并对其发展方向进行了总结和展望,以期实现其在食品工业中的商业化应用,最终实现产业化目标。

丝素蛋白作为口腔组织再生屏障材料的应用进展

丝素蛋白具有良好的生物相容性、可调控的降解率、合适的机械强度与可载药的特性,已逐渐成为口腔组织再生的新兴屏障材料。该文通过分析、总结丝素蛋白作为屏障材料在口腔组织再生研究的相关文献,并对其目前应用的局限性和未来的发展趋势进行了讨论,旨在为该领域的进一步深入研究提供一定的参考依据。

光交联丝素蛋白生物3D打印墨水的研究进展

丝素蛋白具有生物相容性高、生物降解性可控及力学性能可调等优异特性,是一种极具应用潜力的生物3D打印墨水材料。基于光交联反应的生物材料加工技术具有条件温和、高效可控等优点,是当前生物3D打印领域的热点方向。文章以墨水性能要求为主线,先从流变性能出发介绍了适合光交联丝素蛋白生物3D打印的打印方式,再从光交联反应性出发讨论了丝素蛋白的光敏改性方法及光诱导交联机制,然后从生物相容性出发介绍了辐照光源与光引发剂的发展,总结了丝素蛋白及其与合成、天然高分子材料复配墨水在光交联生物3D打印领域的应用,并论述了光交联丝素蛋白生物墨水在制备、发展方向和应用过程中所面临的挑战。

甲酸对丝素蛋白结晶结构转变的影响

结晶结构是丝素蛋白材料表征的重要内容,对丝素蛋白结晶结构的认识和调控是制备高性能材料的基础。甲酸作为一种可溶解蚕丝的优良溶剂,所制备的再生丝素蛋白材料具有优异的性能,其根源与甲酸对丝素蛋白具有促结晶的作用有关。文章对比分析了基于氯化钙-甲酸溶剂溶制再生丝素蛋白膜与基于三元溶剂溶制再生丝素蛋白膜的结晶结构差异,并利用α-糜蛋白酶从基于三元溶剂制备的丝素蛋白水溶液中分离出高结晶部分和低结晶部分,随后分别利用甲酸和乙醇对分离所得高结晶部分和低结晶部分进行处理,对比分析了乙醇和甲酸对其结晶结构转变的影响。结果表明,相对于乙醇处理,甲酸具有更显著的促丝素蛋白结晶的作用,更有利于丝素蛋白从无规卷曲或Silk I结晶态转变为SilkⅡ结晶态。

含丝素蛋白多肽结构聚氨酯的制备及其性能

丝素蛋白因其特殊的多层次结构而具有优异的机械性能。本文研究以丝素蛋白中特征性重复肽段为扩链剂制备的聚氨酯的结构与性能关系,合成了多种含有Gly-Ala-Gly-Ala(GAGA)序列肽段的双氨基扩链剂,并在此基础上制备了一系列多肽含量不同的改性聚氨酯。相较于不含多肽结构的聚氨酯,多肽结构的引入使氢键比例显著提高,由此带来机械性能的显著提升,断裂应力由29.3 MPa提高至50.9 MPa;形状记忆性能也有所提高,形变保持率由74.3%提升至100%,且四肽含量越高,聚氨酯的机械性能和形状记忆性能提升越明显。此外,含多肽扩链剂的聚氨酯还具有良好的回收性、热稳定性和生理条件水解稳定性,具备在生物医学工程等多领域应用的潜力。

丝素蛋白-纳米银复合材料在抗菌领域的研究进展

重点总结归纳了丝素蛋白-纳米银复合膜、水凝胶、纤维等多种应用形态在抗菌领域的最新研究进展,阐述了丝素蛋白与纳米银结合的抗菌优势、复合材料目前尚待解决的稳定性与安全性问题,展望了丝素蛋白-纳米银复合材料发展方向。

调控丝素蛋白膜的力学性能研究进展

作为一种潜在的生物材料,以丝素蛋白制备的膜材料越来越多地应用到生物医学领域。丝素蛋白膜的力学性能是一个重要的表征参数,对其后续的体外体内应用有较大的影响。本文先简述丝素蛋白的多级结构与力学性能的关系;然后总结制备工艺对丝素蛋白膜力学性能的影响,阐述不同的处理方式对丝素蛋白膜微观结构的影响及由此所致的力学性能的变化。丝素蛋白膜的制备工艺包括丝素蛋白溶液的制备(先脱胶再溶解丝素)、成膜工艺(按结构形式分为致密膜、多孔膜和多层膜),以及成膜后处理(有机溶剂浸泡、水蒸气退火和外力作用)等。此外,讨论复合丝素蛋白膜中不同改性方法导致的结构变化与力学性能的关系。最后,展望丝素蛋白膜材料的发展趋势,为不同需求下的丝素蛋白膜的发展提供借鉴和参考。

丝素蛋白基骨修复材料的应用研究进展

为拓展和促进丝素蛋白材料在骨再生领域中的应用,综述了近年来丝素蛋白骨修复材料的研究进展,简要概括了丝素蛋白骨修复材料的种类和制备方法,重点阐述了丝素蛋白骨修复材料的仿生设计以及力学性能和成骨性能的调控方法。分析发现:丝素蛋白基薄膜、水凝胶和多孔支架均能诱导骨再生;调控分子量、β-折叠结构或形成定向通道可有效提高材料的力学性能;与羟基磷灰石复合不仅能提高力学性能还可促进成骨分化;同时,负载细胞或生长因子可显著增加新生骨的体积,进而修复大尺寸骨缺损。最后,总结使用丝素蛋白修复骨缺损存在的问题,并指出丝素蛋白支架的仿生设计以及保持生长因子或种子细胞的活性仍是未来研究中考虑的重点。

EDC诱导丝素蛋白制备水稳定性和延展性增强的丝素膜

为拓展丝素蛋白(silk fibroin, SF)膜在皮肤组织工程中的应用,文中通过制备含有一定比例交联剂1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺(1-ethyl-3-(3-dimethylamino-propyl) carbodiimide, EDC)的SF水溶液,得到了水稳定性和延展性增强的丝素蛋白膜,并对所得丝素蛋白膜的溶失率、力学性能、交联度和二级结构进行了表征和分析。与纯SF膜(silk fibroin film, SFF)相比,EDC处理的SF膜(SFF-EDC)的溶失率从98.2%大幅下降到6.1%;力学性能方面,按EDC∶SF质量比为10∶100制备的丝素膜SFF-10EDC的断裂伸长率达到170.97%,是SFF的60倍;EDC可引起SF链分子内和分子间酰胺键的形成,促进SF分子构象从无规卷曲转变为β折叠结构。结果表明,在与SF的相互作用中EDC不仅可作为交联剂,还可作为增塑剂。该研究为构建柔性SF膜提供了新方法。

负载Scriptaid甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶调控小胶质细胞的极化行为

背景:小胶质细胞是维持中枢神经系统平衡的主要参与者,在神经系统发育和功能重建中起重要作用。Scriptaid作为一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂具有抑制神经炎症和增强神经保护的作用。目的:探索负载Scriptaid的甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶对小胶质细胞行为的影响。方法:采用含不同浓度(0,0.1,0.5,1,2,5,10μmol/L)Scriptaid的培养液培养小胶质细胞(BV2细胞),利用CCK-8法与活/死细胞染色筛选Scriptaid的适宜干预浓度。采用光固化制备负载与未负载Scriptaid(1μmol/L)的甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶,表征水凝胶的微观形貌、溶胀性能、力学性能、缓释性能及亲水性。将小胶质细胞(BV2细胞)接种于24孔Transwell小室下室,分5组培养:对照组将细胞培养液加入下室,脂多糖组、Scriptaid组、单纯水凝胶组、载药水凝胶组将含有脂多糖的细胞培养液加入下室,脂多糖干预24 h后,Scriptaid组、单纯水凝胶组、载药水凝胶组上室分别加入Scriptaid、甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶、负载Scriptaid的甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶,将培养液更换为普通培养液继续培养24 h,通过CCK-8法检测细胞活性,通过诱导型一氧化氮合酶和精氨酸酶1免疫荧光染色检测细胞表型。结果与结论:①与未加入Scriptaid组相比,加入Scriptaid干预后BV2细胞的活性与数量均降低,当加入2μmol/L及以上Scriptaid时细胞活性低于标准化细胞活性(70%),并且细胞数量显著减少,所以选择1μmol/L Scriptaid负载于水凝胶中;②表征实验显示,Scriptaid的加入未影响甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶的微观形貌、吸水溶胀率、压缩模量与亲水性,甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶具有缓释性能;③CCK-8法检测显示,与对照组相比,甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶显著提高了BV2细胞活性(P<0.001);④免疫荧光染色显示,与对照组相比,脂多糖组细胞诱导型一氧化氮合酶表达量增加(P<0.01),载药水凝胶组细胞诱导型一氧化氮合酶表达量减少(P<0.01)、精氨酸酶1表达量增加(P<0.001),Scriptaid组细胞精氨酸酶1表达量增加(P<0.01);⑤结果表明,负载Scriptaid的甲基丙烯酰化丝素蛋白水凝胶可促进脂多糖诱导后的小胶质细胞向M2型极化。

丝素蛋白水凝胶中的蛋白构象转变速率对其表面黏附细胞增殖的影响

以辣根过氧化物酶温和介导交联的丝素蛋白(SF)水凝胶为模型材料,采用改变水凝胶交联密度的策略成功实现对水凝胶中蛋白构象转变速率的有效调控。考察了SF水凝胶中的蛋白构象转变速率对其表面黏附细胞增殖行为的影响。结果表明:水凝胶中的蛋白构象转变速率与交联密度呈反相关关系,即交联密度越小,构象转变越快;水凝胶表面的小鼠胚胎成纤维细胞(NIH3T3)增殖与SF构象转变速率大体呈正相关关系,但综合初始交联密度的影响,最终呈现出中等构象转变速率材料上细胞总量相对较少,最快构象转变速率材料上细胞总量相对较多的趋势。

超声协同SDS-Na_(2)CO_(3)提取丝素蛋白及高强韧纳米纤维膜的制备与细胞相容性研究

为解决提取过程中丝素蛋白极易受损的问题,提出以Na_(2)CO_(3)和表面活性剂SDS(十二烷基磺酸钠)的复合体系为脱胶剂,再结合超声处理的一体化天然蚕丝脱胶方案。采用该方案所得丝素蛋白纤维表面更加光洁平整,纤维损伤显著减少;相比传统的100℃碱液脱胶(30min完全脱胶),该方案在75℃下仅用10min即完成脱胶。以该方案所得脱胶纤维为原料,通过静电纺丝技术制备丝素蛋白纳米纤维膜,所得纤维膜经乙醇处理后,β折叠链片晶含量增至49.58%,展现出高达5.27MPa的断裂应力和123.49%的断裂应变。在5d的细胞培养试验中,丝素蛋白纳米纤维膜支持细胞的黏附、铺展和增殖,表现出良好的细胞相容性。这些研究成果将为制备高性能丝素蛋白纳米纤维膜提供解决方案,并有望推动丝素蛋白材料在生物医用领域的进一步应用和发展。

高模量高强度丝素蛋白GBR膜的制备及性能评估

目的拟制备一种高模量和高强度的可降解丝素蛋白引导骨再生(GBR)膜,以解决骨缺损修复成骨空间维持问题。方法提纯丝素蛋白后利用蒸发-热压法制备膜材,使用拉伸测试、体外模拟、细胞共培养等方法评估其理化性质与生物性能。结果制得丝素蛋白GBR膜,体外模拟12 h降解率为35.3%,湿态弹性模量达45 MPa,拉伸强度达8.39 MPa,7 d细胞生存率近100%。结论所制得可降解GBR膜具有高模量和高强度,以及优异的生物相容性,有望为解决骨缺损修复成骨空间维持问题提供材料基础。

细菌纤维素-明胶/丝素蛋白双层支架的制备及其性能

为了获得能够模拟尿道组织多尺度结构的细菌纤维素复合明胶/丝素蛋白双层支架,以明胶(Gelatin,Gel)/丝素蛋白(Silk fibroin,SF)为原料,通过冷冻干燥法制备Gel/SF管状多孔支架,并以Gel/SF为模板,采用原位发酵法将细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC)与Gel/SF支架复合,获得细菌纤维素-明胶/丝素蛋白(Gel/SF/BC)双层支架,并对Gel/SF/BC双层支架的结构及性能进行测试表征。结果表明:Gel/SF/BC双层支架具有尿道组织的宏观形貌,形成了内致密外疏松的多孔双层结构,外层以Gel/SF多孔支架为骨架,内层由单纯BC膜构成,BC纳米纤维分布在多孔孔壁表面;Gel/SF/BC双层支架具有良好的力学性能、吸水性能及生物相容性。通过该方法制备的双层支架能够高度模拟尿道组织的多尺度结构,有望应用于尿道组织的再生修复。

丝素蛋白的抗冻活性探析

为制备可量产、成本低且高效的低温保护剂,研究一种源于家蚕茧的丝素蛋白的抗冻活性。借鉴抗冻蛋白的研究方法,先制备实验溶液,再通过质谱分析和色谱测定来分析丝素蛋白的分子量、氨基酸组成以及二级结构,通过冰晶重结晶抑制实验分析丝素蛋白溶液的抗冻活性。结合丝素蛋白的氨基酸组成与结构等信息分析丝素蛋白作为低温保护剂的保护机制。研究结果表明,丝素蛋白中的β-折叠结构有助于丝素蛋白与冰晶充分结合,丝素蛋白分子吸附于冰的生长表面,侧链上的β-折叠结构与冰晶结合,还可以通过分子间的疏水作用吸附到冰晶表面,通过覆盖和屏蔽作用抑制冰晶生长。这种抗冻活性随着丝素蛋白溶液质量浓度的增加而增强。

丝素蛋白基药物递送载体的研究进展

药物递送系统可以实现药物的体内靶向输送,提高药物的生物利用率,减少给药频次。丝素蛋白是一种具有良好生物相容性、无明显免疫原性、可被生物降解的天然蛋白,具备用作药物载体的基本条件。综述了不同形态的丝素材料作为药物递送载体的研究进展,概括和分析了其制备方法、结构、性能及应用领域。对已有研究结果的分析表明,进一步提高药物释放的环境响应性、保持药物的生物活性、控制释药速度,以及开发程序化、智能化释药技术,是颗粒、纤维及三维多孔材料等类型的丝素蛋白基药物递送载体领域需要进一步研究的课题。