絲素蛋白(Silks fibroin ，SF)因其優(yōu)異的生物相容性、高機(jī)械強(qiáng)度、良好的彈性和生物降解性而受到越來越多的關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的SF支架力學(xué)性能不可逆，對(duì)固體界面的粘附能力不足，對(duì)應(yīng)用環(huán)境的響應(yīng)能力不足，阻礙了其在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。 SF可以通過氨基酸側(cè)鏈進(jìn)行化學(xué)修飾，得到甲基丙烯酸化絲素蛋白(Sil-MA)。 Sil-MA保留了SF的優(yōu)良特性，如良好的生物相容性和低免疫原性。重要的是，它具有作為水凝膠制造時(shí)所需的光響應(yīng)特性。Sil-MA材料的出現(xiàn)使得基于Sil-MA類型的各種支架的開發(fā)取得了快速的進(jìn)展，它們可以模仿天然組織的結(jié)構(gòu)和功能特征。使用Sil-MA已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，并成功地實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。
圖1 基于光交聯(lián)甲基丙烯酸化絲素蛋白支架在再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用
近期，北京航空航天大學(xué)劉海峰教授團(tuán)隊(duì)就基于Sil-MA的支架在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的討論和梳理(圖1)，論文以“Recent advances in photo-crosslinkable methacrylated silk (Sil-MA)-based scaffolds for regenerative medicine: A review”為題發(fā)表在《International Journal of Biological Macromolecules》期刊上。這篇綜述重點(diǎn)系統(tǒng)地介紹了基于Sil-MA的各種支架的合理設(shè)計(jì)和生物制造策略，并且總結(jié)了Sil-MA在再生醫(yī)學(xué)中的研究進(jìn)展及未來發(fā)展方向。
該綜述從基礎(chǔ)的Sil-MA的合成和特性出發(fā)，首先著重介紹了Sil-MA的四種合成方法并進(jìn)行了比較。隨后，介紹了Sil-MA可通過控制其合成和加工的條件來調(diào)節(jié)其特性，從而實(shí)現(xiàn)不同程度的甲基丙烯酰取代，得到具有不同性質(zhì)的Sil-MA。由于Sil-MA的光聚合特性， Sil-MA可以開發(fā)形成水凝膠。Sil-MA光聚合水凝膠因其侵入性小、光固化速度快、細(xì)胞毒性小以及在水凝膠結(jié)構(gòu)中對(duì)材料性能的高可控性而備受關(guān)注，已廣泛應(yīng)用于藥物傳遞和組織工程領(lǐng)域。作者結(jié)合相關(guān)研究工作介紹了Sil-MA的水凝膠的物理化學(xué)性質(zhì)。通過改變甲基丙烯酰取代度、Sil-MA溶液濃度、引發(fā)劑濃度，可以控制Sil-MA水凝膠的物理性能，包括力學(xué)性能、孔徑、孔隙率、膨脹比等。特別地，基于Sil-MA的水凝膠可以制成任意形狀的水凝膠來填充缺陷的幾何形狀。其中使用Sil-MA已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，并成功地實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。本文將從以下幾個(gè)方面全面介Sil-MA水凝膠的發(fā)展大大拓寬了應(yīng)用范圍。通常，Sil-MA水凝膠具有可注射性、可打印性和原位凝膠性。文章中作者還進(jìn)一步詳盡介紹了基于Sil-MA的水凝膠的制備策略以及分類例如可注射水凝膠(圖2A)，互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠(圖2B)和生物打印水凝膠(圖2C)。
圖2基于Sil-MA的水凝膠示意圖。 (A)可注射水凝膠。 (B)互穿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)水凝膠。 (C) 3d打印水凝膠。
Sil-MA不僅可以作為水凝膠被開發(fā)，還可以通過不同的方法如靜電紡絲、3D生物打印、微流控等技術(shù)開發(fā)成各種類型的生物材料支架。制備方法的改變提高了生物可降解性、生物相容性、策略制造的多樣性和細(xì)胞封裝能力，使Sil-MA成為再生醫(yī)學(xué)的一個(gè)有吸引力的候選者。它可以加工成各種類型的支架，包括水凝膠、靜電紡絲納米纖維、3d打印支架、氣凝膠支架以及大孔復(fù)合支架(圖3)。作者最后重點(diǎn)介紹了基于Sil-MA支架的設(shè)計(jì)策略和各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括骨修復(fù)，神經(jīng)修復(fù)，傷口愈合，氣管修復(fù)，牙髓再生 ，膀胱修復(fù)，肌肉再生及作為藥物遞送系統(tǒng)方面的應(yīng)用。
論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.128031
論文作者/通訊作者簡介：
何西：北京航空航天大學(xué)，生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，2021級(jí)博士研究生，研究方向?yàn)榻M織工程，控釋和功能化生物材料。
北京航空航天大學(xué)劉海峰教授
博士生導(dǎo)師，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃診療裝備與生物醫(yī)用材料重點(diǎn)專項(xiàng)指南編制專家組成員，中國生物材料學(xué)會(huì)康復(fù)器械與生物材料分會(huì)委員、中國解剖學(xué)會(huì)血管分會(huì)委員、中國研究型醫(yī)院學(xué)會(huì)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員、中國醫(yī)藥教育協(xié)會(huì)航天醫(yī)學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員。主要從事生物醫(yī)用材料的研究開發(fā)和臨床應(yīng)用、干細(xì)胞的培養(yǎng)與分化、藥物控釋和基因載體的研究。先后主持中央在京高校重大成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目、國家科技支撐計(jì)劃課題和多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。在本領(lǐng)域主流期刊發(fā)表SCI論文90余篇，獲得授權(quán)國家專利3項(xiàng)。
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