[发明专利]一种生物相容性好、可降解的柞蚕丝素蛋白组织工程支架材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学材料领域，具体说涉及一种组织工程生物材料，尤其是一种 生物相容性好、可降解的柞蚕丝素蛋白组织工程支架材料的制备方法。

背景技术

组织和器官的衰竭、损伤是最主要的临床医学问题，而目前的治疗方法主要是器 官移植、外科修复、人工取代物，这些方法虽然能起到一定的作用，但它们都存在这样或那 样的不足，如器官移植是以牺牲健康组织为代价的“以伤治伤”的方法；现有人工取代物存 在生物相容性的问题。直到20世纪80年代，美国学者提出了组织工程再生医学，它是利用生 命科学和工程科学的原理和方法,研究和开发用于替代组织或器官的一部分或全部功能的 取代物。组织工程的发展，提高了组织工程组织和器官的衰竭、损伤的治疗水平，改善了患 者的生活质量，有效地降低医疗成本。它集生物工程、生命科学、材料科学与工程及临床医 学于一体，目的是修复和再生受损组织或器官，帮助病人恢复受损组织的功能，提高生活质 量。其基本原理和方法是将体外培养的高浓度组织细胞扩增后吸附于一种生物相容性良 好，并可被人体逐步降解吸收的细胞外基质(ECM)材料上，形成细胞-生物材料复合物。该 材料可为细胞提供生存的三维空间，有利于细胞获得足够的营养物质、进行新陈代谢，使细 胞按预制形态的三维支架生长，然后将这种复合体植入机体所需部位。种植的细胞在生物 支架降解吸收过程中，继续增生繁殖，形成新的具有原来特殊功能和形态的相应组织和器 官，从而可达到修复组织外形和功能重建的目的。

组织工程学研究的主要科学问题之一是可供细胞进行生命活动的支架材料以及 细胞与支架材料的相互作用，核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体。理想 的生物材料在组织工程中起关键作用,并成为组织工程研究的主流。生物材料的研究经历 了第一代惰性材料，第二代具有活性或具有降解性质的材料，现已发展到兼有可降解和生 物活性的第三代生物材料。人们开始从生命科学的角度研究和设计生物材料，注重材料与 细胞的相互作用，改变以往采用惰性材料的作法,将生物的某些功能引入材料。目前，组织 工程中的天然生物材料主要是胶原蛋白，人工合成的替代物主要是聚乳酸(PLA)、聚羟基乙 酸(PGA)和聚乳酸与聚羟基乙酸共聚物(PLGA)。要获取理想的天然支架材料有一定困难, 而且也存在一些问题,如胶原蛋白的抗原性强、力学强度不够,在处理过程中胶原蛋白容 易变性等；人工合成的替代物虽然也具有可生物降解特点,如美国FDA认可的体内植入材 料,已被制成可吸收的缝线、夹板、螺钉及敷料等，但这些材料在生物相容性、理化性能、降 解速率的控制及缓释性等方面还需改进。因此，目前研究的着重点更多的是寻找可人工合 成、生物相容性好、可降解的支架材料。

作为组织工程的第三代生物新材料，丝蛋白纤维材料因具有独特的机械特性和生 物相容性,以及其本质是蛋白质的结构特点,引起了国内外生物材料界的极大关注。美国、 日本、韩国、意大利等国的多个生物医用材料研究组近年逐渐将研究重点转向蚕丝蛋白材 料，近年来成为在组织工程领域人们重新感兴趣的一类特殊的生物材料。

蚕分为家蚕（桑蚕）和野蚕（柞蚕、天蚕、蓖麻蚕、擂蚕等）两类，迄今被工业化利用 的只有家蚕茧和柞蚕茧两种，在绝大部分的丝素蛋白材料的研究或报道中，所用原料都是 家蚕丝。

柞蚕丝作为一种用野外放养蚕缫制的天然蛋白质纤维,虽与桑蚕丝一样是由18 种氨基酸组成,但近年来的研究表明,柞蚕丝含有特殊的精氨酸—甘氨酸—天门冬氨酸 （RGD）三肽序列,RGD序列作为细胞膜整合素受体与细胞外配体相结合的识别位点，介导细 胞与细胞外基质及细胞之间的相互作用，能够促进支架对细胞的黏附^[15]，使得细胞在柞蚕 丝素膜上的附着率和增殖率远优于桑蚕丝素膜上的附着率和增殖率,被视为新型的可用 于人体的理想的生物和医学材料。由于柞蚕丝素一级结构中含有较多的细胞特异性粘附序 列RGD，而家蚕丝素蛋白中不含RGD序列，因此，柞蚕丝素蛋白材料的生物学性能可能比家蚕 丝素蛋白材料更好。

而且我国年产柞蚕茧3-4万吨，占世界柞蚕茧总产量的90％以上，这是世界稀有、 我国特有的宝贵资源，但目前柞蚕丝主要用作普通的纺织原料，所体现出的经济价值十分 有限。如果能用柞蚕丝素蛋白制备生物医用材料，则预计能够达到家蚕丝素蛋白材料需要 进行修饰、接枝等化学加工才能达到的组织相容性效果，这样既不损失蚕丝蛋白材料现有 的优良性能、不产生毒副作用，又节省成本。因此开展对柞蚕丝素蛋白材料的研究，是我国 科技工作者的责任。