Advanced Healthcare Materials:仿生天然蛛丝和蚕丝成型-可注射蚕丝蛋白生物支架

组织工程是本世纪结合了生命科学和材料科学的一门新兴学科。可注射性水凝胶具有手术微创、可根据组织空腔任意复杂形状而原位成型等优点,在药物缓释与组织修复等组织工程方向中具有广阔的应用前景。然而,由于当前可注射性水凝胶的材料和工艺限制,制备具有优良力学性能及多孔支架特性的可注射性水凝胶仍然是该领域的一项重大技术瓶颈。此外,能够被机体“主动”降解并实现组织替代、无需交联剂的“绿色”体内凝胶过程也是该领域研究的热门方向。天然蚕丝蛋白材料由于其体内可降解、优良的生物兼容性等优点,在组织工程材料领域中获得了广泛关注。

近期,中科院上海微系统所陶虎研究员课题组,联合复旦大学附属华山医院毛颖教授课题组和空军军医大学西京医院雷伟教授课题组,模拟天然蛛丝和蚕丝的成型原理及过程,成功实现了一种可注射的蚕丝蛋白生物支架凝胶材料,在提升注射性水凝胶的力学性能、多孔特性、生物可控降解及组织再生性能等多方面取得了显著进展。他们利用浓缩蚕丝蛋白溶液(浓度~30%)的低应力/应变诱导自组装凝胶化过程及剪切稀化(shear-thinning)等特点,通过便捷的手动搅拌方法成功实现了具有良好多孔性(孔径62-580 µm)以及高力学强度和弹性(弹性模量0.074-0.69 MPa)的可注射蚕丝蛋白生物支架材料;整个制备过程无需任何化学交联剂,可在数十分钟以内快速实现蚕丝蛋白从溶液到多孔凝胶支架的成型过程,具有操作简便、利于负载各种生物因子和治疗药物等优点;此外,通过调控材料的孔隙率和孔径,成功实现了在动物体内从几周到数月的可调控降解周期。进一步地,他们利用该材料并通过微创手术,成功在小鼠和兔子动物实验中实现了术后伤口消炎药物缓释、脑胶质瘤术后化疗药物局部缓释及肿瘤抑制、骨缺损填充及新骨组织诱导再生的多项功能。该材料有望在局部可控药物缓释、组织缺损填充、组织诱导再生等方向获得广泛的应用前景。 相关结果以“All‐Aqueous‐Processed Injectable In Situ Forming Macroporous Silk Gel Scaffolds for Minimally Invasive Intracranial and Osteological Therapies”为题,发表在Advanced Healthcare Materials(DOI: 10.1002/adhm.202000879)上。