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。

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。

清除活性氧用丝素水凝胶

在甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)修饰的丝素(SF)溶液中添加聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)和聚多巴胺纳米颗粒(PDA),通过紫外光(UV)引发聚合制备得到导电水凝胶PEDOT:PSS/PDA/SF。采用扫描电子显微镜(SEM)和对比实验研究了水凝胶的结构、特征物理量(流变性能、吸水和膨胀性能、力学性能)以及活性氧的清除能力。结果表明:水凝胶具有均匀的三维网络结构、良好的拉伸和压缩性能,且其杨氏模量与人体软组织的杨氏模量接近。该水凝胶材料具有一定的导电性,有利于伤口愈合,同时,其活性氧(ROS)清除能力良好。

丝素蛋白水凝胶的制备及其在骨再生研究中的最新进展

颌面骨缺损是临床上的常见病,大面积的骨缺损不仅影响人们生活质量而且会引发全身健康严重受损,甚至威胁生命,为社会医疗系统增加了沉重负担。临床上主要通过骨移植或骨替代物移植来促进骨缺损再生,骨替代物主要包括生物膜、支架材料、水凝胶等,其中水凝胶作为骨移植替代物修复骨缺损是目前较有前景的策略。水凝胶在药物缓释、骨缺损修复及细胞播种和封装等领域已取得了初步成效。在各种水凝胶材料中,丝素蛋白(silk fibroin,SF)具有优良的生物相容性、可调的生物降解、较小的免疫原性、优异的机械强度,在骨组织工程中具有较大潜力。本文综述了基于丝素蛋白的水凝胶的制备及其在骨组织修复和再生方面的重要研究进展。

丝素蛋白/海藻酸钠水凝胶的制备及其释药性能

为提高水凝胶的负载率和缓释率,以N-羟基丁二酰亚胺和乙基(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐为催化剂,柠檬酸为交联剂,将丝素蛋白和海藻酸钠交联制备得到丝素蛋白/海藻酸钠水凝胶,测试了水凝胶的结构、形貌、溶失率、吸水率、载药率和释药率。结果显示:丝素蛋白/海藻酸钠水凝胶的最佳制备工艺条件为丝素质量分数2.5%,柠檬酸质量分数2.5%,海藻酸钠质量分数4.5%,催化剂(质量比为1∶1)质量分数为0.5%。红外光谱图显示,在该条件下制备的水凝胶中含有丝素蛋白和海藻酸钠的特征吸收峰,其形貌为多孔结构,24 h后溶失率为11.4%,吸水率约70%,其最大载药率约50%,在pH=7.4的缓冲溶液中缓释8 h后,其释药率接近75%,表现出良好的释药性能。

丝素蛋白水凝胶在骨组织工程中的研究进展

首先介绍了丝素蛋白水凝胶的物理、化学制备方法及原理;然后介绍了几种不同性状的丝素蛋白水凝胶;最后重点介绍了丝素蛋白水凝胶及其联合因子、干细胞在骨组织工程中的应用,并对其发展进行了总结与展望。

丝素蛋白水凝胶的改性方法及其在骨组织工程中的应用

大面积骨缺损的修复重建需要深入了解骨组织的物理化学特性和生物学特性,并依靠仿生策略,制备出适宜的骨组织支架。丝素蛋白(SF)是一种天然的高分子材料,具有独特的生物学特性。以SF为主要成分制备的水凝胶也是一种有潜力的支架材料。为满足理想骨组织工程支架材料的要求,需要对水凝胶某些性能进行改进。因此,本文从提升水凝胶机械性能,增加水凝胶生物诱导作用,调节水凝胶生物降解性能等方面,回顾总结了应用于骨组织工程时,丝素蛋白水凝胶的改性方法。

丝素蛋白/聚丙烯酰胺基导电复合水凝胶的制备及力学传感性能

将丝素蛋白和聚丙烯酰胺作为柔性基体,磷掺杂还原氧化石墨烯作为导电物质,按不同比例混合后,设计并制备出一种软导电水凝胶。采用扫描电子显微镜对水凝胶的形貌进行观察,用万用电表对水凝胶的传感性能进行检测,并通过万能试验拉伸机测量水凝胶的弹性。制备的水凝胶具有显著的可拉伸性和压缩性,力学性能稳定,可组成具有宽传感范围的应变/应力传感器(应变:2%~800%;应力:0.5~85 kPa)。对水凝胶进行多次压缩-回复测试后,水凝胶仍能回复原状。采用制备的水凝胶传感器监测人体的一系列物理信号(关节运动、面部姿势、脉搏、呼吸等),这种由丝素蛋白、聚丙烯酰胺组成的水凝胶是一种多功能材料,可用于可穿戴电子设备、健康和运动监测器、软机器人等领域。

丝素蛋白水凝胶在骨关节炎中的应用研究

随着人口老龄化程度的加剧,骨关节炎患者逐年增多,对人类健康形成了严重威胁。然而,到目前为止,对骨关节炎还缺乏令人满意的临床治疗方法。丝素蛋白是一种天然高分子材料,具有良好的生物相容性、生物可降解性和优良的机械性能等特点,被广泛应用于骨组织工程领域。近年来,随着对丝素蛋白研究的不断深入,越来越多的学者开始尝试以丝素蛋白水凝胶为载体治疗骨关节炎,结果表明,其在骨关节炎的治疗中具有巨大的应用潜能。本文总结了迄今为止关于骨关节炎发病机制、常用药物以及丝素蛋白水凝胶治疗骨关节炎的研究进展,为进一步探索应用丝素蛋白水凝胶治疗骨关节炎奠定了基础。

电沉积法制备丝素蛋白基水凝胶及其释药性能研究

为开发一种无毒无污染且缓释时间长的丝素蛋白(SF)基药物缓释载体,本文采用电沉积法在低电压下制备SF基水凝胶,分析了不同制备电压、溶液中不同SF质量比下制得水凝胶的宏观形貌、微观形貌、力学性能、细胞毒性、降解性能和药物缓释性能。结果表明:制备的SF基水凝胶呈乳白色,表面光滑,具有丰富致密的网络结构,抗压缩性能可随制备参数实现可控调节,不具备细胞毒性。在模拟胃液、模拟伤口渗出液和模拟体液中,SF基水凝胶的稳定性随着制备电压的增加而增强。以盐酸小檗碱为模型药物,研究发现制备得到的SF基水凝胶的释药规律符合一级动力学方程。

基于巯基-烯点击化学制备丝素蛋白/透明质酸复合水凝胶

目的:以丝素蛋白和透明质酸为原料设计并制备医用天然聚合物水凝胶。方法:对丝素蛋白和透明质酸进行巯基化及双键化改性,在紫外光条件下,利用巯基-烯点击聚合快速固化成胶。通过氢-1核磁共振波谱法表征改性丝素蛋白及透明质酸的接枝率;流变学测试表征水凝胶的凝胶点;扫描电镜观察水凝胶的内部微观结构;压缩测试表征力学性能;质量法测定溶胀率及降解率;将水凝胶与细胞共培养,通过乳酸脱氢酶法测定细胞毒性,漂浮计数法测定细胞黏附性并用扫描电镜及荧光显微镜观察凝胶表面的细胞生长与分化状况。结果:改性后的丝素蛋白和透明质酸的官能团取代度分别为17.99%和48.03%。制备所得的丝素蛋白/透明质酸复合水凝胶的凝胶点为40~60 s,凝胶内部具有孔状结构,压缩强度达450 kPa且循环十次不破裂。复合水凝胶可吸收自身质量4倍甚至10倍的水。水凝胶可生物降解,35 d后的降解率达28%~42%。复合水凝胶的细胞毒性较弱,细胞黏附性较好,细胞在凝胶表面生长和分化状况良好。结论:光固化丝素蛋白/透明质酸复合水凝胶能快速成胶、力学性能优异、生物相容性好,具有可调的溶胀率及降解度,在生物医学上具有一定的应用潜力。

对可注射用丝蛋白基三元水凝胶理化特性的验证

目的设计一种可注射用丝蛋白基水凝胶体系。方法利用丝蛋白、羟丙基甲基纤维素和丙三醇的三元混合溶液,混合形成凝胶,通过流变学、分子结构、微观形貌和力学性能对三元体系进行表征。结果本研究设计的丝蛋白基三元溶液/水凝胶体系(SF-HPMC-G溶液/水凝胶),其体系中丝蛋白浓度范围为2.1~6.4 wt%。该三元溶液具有剪切变稀的流动行为,剪切速率在10 s-1以上时体现低于1 Pa·s的粘度。当三种组分以相同比例混合时(SF12 wt%),在1 h 9 min实现凝胶化。所得三元水凝胶具有较为均匀的多孔网络微观形貌,β-折叠构象含量随丝蛋白浓度提高而增加,压缩力学性能由丝蛋白浓度和HPMC浓度共同决定,压缩模量随丝蛋白浓度增加而提高。羟丙基甲基纤维素能够强韧化丝蛋白基水凝胶,同时丙三醇能加速丝蛋白凝胶化,这种三元体系也有着一定的可注射性。结论SFHPMC-G三元水凝胶属于生物相容体系,初步验证了可注射性和快速凝胶化性质,为可注射丝蛋白基水凝胶的设计提供了一种新的应用思路。

黑色素纳米颗粒-丝素蛋白-单宁酸水凝胶的制备及其抗氧化性能检测

背景在牙周软组织再生过程中,由于各种原因引起的氧化应激状态常导致组织修复迟滞,而传统修复材料对此疗效不佳。制备具有抗氧化功能的水凝胶材料,有希望为牙周软组织生物材料修复提供更多的选择。目的制备黑色素纳米颗粒(melanin nanoparticles,MNPs)-单宁酸(tannic acid,TA)-丝素蛋白(silk fibroin,SF)复合水凝胶,检测MNPs含量对水凝胶微观形貌、抗氧化性能和细胞相容性的影响。方法制备MNPs,将不同浓度的MNPs加入到SF,加入TA化学交联,得到MNPs-SF-TA复合水凝胶。根据水凝胶中MNPs浓度分为实验组MNPs1-SF-TA(1 mg/mL)、MNPs2-SF-TA(2 mg/mL)、MNPs4-SF-TA(4 mg/mL)和对照组SF-TA(0 mg/mL)。通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察水凝胶表面形貌;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl,DPPH)法、2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐[2,2’-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid),ABTS]法和Cu2+法检测其自由基清除能力和抗氧化能力;采用CCK-8和Calcein-AM/PI活/死细胞荧光染色法检测该水凝胶材料的细胞相容性。结果成功制备了MNPs和MNPs-SF-TA复合水凝胶。DPPH、ABTS及Cu2+法均显示MNPs-SF-TA水凝胶对自由基的清除能力和抗氧化能力随MNPs浓度的升高而提高(P<0.05),4 mg/mL时达峰值。CCK-8结果显示:随观察时间延长,吸光度增强,细胞增殖活性增强;相同时间下各组细胞增殖活力随MNPs浓度升高而降低,MNPs2-SF-TA组显著高于MNPs4-SF-TA组(P<0.05);Calcein-AM/PI荧光染色结果与此一致。结论成功制备了MNPs-SF-TA复合水凝胶,其中MNPs浓度为2 mg/mL时,MNPs-SF-TA水凝胶具有较强的活性氧清除能力和良好的细胞相容性,有望成为牙周软组织修复的新型生物替代材料。

基于丝素蛋白的可注射水凝胶在肌肉再生工程的应用

针对丝素蛋白水凝胶可注射性较差、机械性能不稳定、无法植入细胞等问题,文章制作了一种新型的可注射丝素蛋白水凝胶。通过弱碱法脱去蚕丝的丝胶蛋白,经过溶解、透析、离心、过滤后获得丝素蛋白溶液,利用磷脂诱导丝素蛋白溶液形成水凝胶。将水凝胶和细胞通过注射的方式植入湖羊耳部,分别在1、6、11 d取出水凝胶—肌肉细胞生长样品,通过Masson染色研究了水凝胶的降解规律和肌肉再生的过程。结果表明:这种基于丝素蛋白的新型水凝胶凝胶时间可控,制备简单,具有可注射性。水凝胶可以植入细胞,并且细胞在水凝胶中形成新的肌肉组织,说明这种基于丝素蛋白的新型水凝胶可以用作肌肉再生工程。进一步梳理丝素蛋白水凝胶的制备过程和切片结果发现:水凝胶制作简单,细胞在水凝胶中可以增殖分化,只需要注射就可以进入动物体内,在动物体内还可以降解。最终结果表明:基于丝素蛋白的水凝胶可以用肌肉组织再生工程,磷脂诱导的方式使水凝胶具备可注射性。

苯硼酸响应的增强型海藻酸钠载药微囊的制备与性能

以海藻酸钠为壳材,透明质酸钠为囊材,苯硼酸接枝的丝素蛋白纳米晶须为壳层增强相,采用同轴静电纺丝技术制备具有葡萄糖响应性的增强型海藻酸钠/透明质酸钠载药微囊,并对微囊的形貌结构、稳定性、葡萄糖响应性及细胞毒性进行分析。结果表明:采用同轴静电纺丝技术可成功制备具有核壳结构的海藻酸钠/透明质酸钠微囊,添加丝素蛋白纳米晶须可有效提高微囊的稳定性和药物包封率;丝素蛋白纳米晶须的添加量为1.0 mg/mL时,微囊的稳定性最佳,药物负载量达32.56%,药物缓释时间可长达24 h,该微囊具有灵敏的葡萄糖响应性和良好的生物相容性,是一种具有较好应用潜能的糖尿病药物载体。

负载生长因子水凝胶的体外生物活性研究

为了开发一种新型生物活性伤口敷料,以丝素蛋白(SF)和酪胺改性明胶(TG)为基体材料,通过辣根过氧化物酶和过氧化氢催化交联制备三维网状水凝胶,并用水凝胶负载碱性成纤维细胞生长因子(bFGF),制备SF-TG-bFGF水凝胶。对SF-TG-bFGF进行结构分析和形貌表征,检测SF-TG-bFGF对小鼠成纤维细胞L929增殖、迁移和胶原蛋白合成的影响。结果表明:SF-TG-bFGF水凝胶具有良好的力学性能、吸湿保湿性能和生长因子缓释性能;SF-TG-bFGF呈网状微观结构,弹性模量为21 kPa,溶胀率高达700%,能在144 h内缓释bFGF;SF-TG-bFGF能促进L929细胞的增殖、迁移和胶原蛋白合成,细胞存活率可达300%,细胞迁移率可达90%,胶原蛋白质量浓度可达4.5μg/mL。该研究制备的SF-TG-bFGF有望作为一种生物活性敷料应用于各类皮肤伤口治疗。

基于丝素蛋白的水凝胶开发及应用研究进展

综述了丝素蛋白水凝胶在伤口愈合上的研究进展、常规制备方法(物理和化学交联),以及新型复合型丝素蛋白水凝胶的研究进展和应用。最后,对丝素蛋白水凝胶的相关研究和发展前景进行了展望。

丝素蛋白3D打印在生物医学领域中的应用

以丝素蛋白为主要原料,通过静电纺丝法制备出不同类型的丝素/聚乳酸(SF/PLA)纳米纤维膜,再利用层层自组装法将丝素蛋白-明胶(SF-Gelatin)水凝胶沉积到上述纳米纤维表面,构建出具有三维多孔结构的仿生支架,最后用熔融挤出式3D生物打印机成功制得具有一定机械强度的丝素/聚乙烯亚胺(PEI)水凝胶支架,从而初步探索了丝素蛋白3D打印在生物医学领域的潜在应用价值。