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丝绸作为生物材料
丝绸作为生物材料
摘要
丝绸是具有卓越的力学性能,蚕和蜘蛛在纤维形式生产的纤维状蛋白质。
丝绸纤维的缝合线形式已使用数百年了。
最近再生丝解决方案已经应用到窗体各种不同的生物材料,例如凝胶、海绵和电影,为医学上的应用。
丝绸可以通过化学修饰氨基酸侧链来改变表面性能或固定化细胞的生长因子。
分子工程的丝绸序列被用于修改的丝绸和特定的功能,如细胞识别或成矿作用。
可降解性丝绸生物材料可以涉及的处理模式和b单结晶的相应内容。
几个原代细胞和细胞系就在不同丝绸的生物材料,展示一系列的生物地成功种植结果。
丝绸的生物材料的生物相容性的研究,在体内和体外时。
已成功用于丝类支架在伤口愈合及在组织工程骨、软骨、肌腱和韧带组织中。
2007爱思唯尔有限公司保留所有权利。
关键词:
丝绸;丝素蛋白;蛛丝蛋白;支架;组织工程;生物材料
内容
1.介绍说明:
丝绸,俗称为纺织行业其光泽和力学性能,被制作体外培养的蚕宝宝。
丝绸是由成员产生的。
蛛形纲类(超过30,000的物种的蜘蛛)和由几个蠕虫的顺序鳞翅目昆虫,其中包括螨,蝴蝶和飞蛾。
丝绸是合成中的纤维蛋白质专业线在这些腺体的上皮细胞有机体。
丝素蛋白聚合物组成的重复蛋白序列和提供结构在茧中的作用形成、筑巢、陷阱、成网、安全线和蛋保护。
丝绸是一般制成堆肥的b表结构疏水性域组成的优势在初选中短侧链氨基酸含量序列。
这些结构允许紧密地堆积摞的氢键反平行这种蛋白质链。
大型的疏水性域与小亲水性域培养基碳大会的丝的强度和弹性蚕丝纤维。
从蚕丝绸{如家蚕}和orb织蜘蛛有一直探讨,以便了解处理机制并利用这些属性用于使用蛋白作为生物材料。
蚕的丝绸orb织蜘蛛有令人印象深刻力学性能,此外到环境的稳定性、生物相容性控制蛋白水解降解形态变化的灵活性和氨基酸侧的能力修改固定化生长因子。
生物医用材料设计是一项重要内容组织工程的情况,包括物理、化学和生物的线索来引导细胞进入功能通过细胞迁移、粘附及分化的组织。
很多生物材料需要降低速度与新的组织形成,以允许相称细胞对存款新细胞外基质(ECM)和再生功能的组织。
此外,生物材料可能需要包括对机械的规定适当水平的功能性组织支助发展。
一般情况下,生物材料必须是生物相容性和引出小到没有宿主免疫响应。
因此,作为医用生物材料研究了丝绸由于蚕丝纤维从B.成功地利用森喜朗作为几个世纪以来的缝合材料。
功能丝绸的不同物种之间的差异和同一物种中是结构上的差异由于主要的氨基酸序列中的差异处理和环境因素的影。
,丝绸代表一个独特的家庭的结构蛋白质是生物相容性、可降解、机械上级,提供大范围的特性,是服从水或有机溶剂处理和化学改性以满足全生物医学的应用范围。
2.蚕(B.森喜朗)丝绸:
家养的蚕的丝素蛋白纤维直径约10-25毫米和组成两种蛋白质:
重与轻链而目前在比例为1:
1的链并由一个单一的二硫键链接。
这些蛋白质被涂有一个家庭的亲水被称为层丝胶蛋白。
二硫键之间半胱氨酸c20(20残留从羧)的重链和半胱氨酸-172轻链要散架了丝素蛋白和25kDa蛋白,名叫P25,是上链接到这些蛋白质。
丝素蛋白由沸腾蚕茧中的纯化层丝胶碱性溶液。
二十五到三十百分比的蚕茧质量是丝素,是在脱胶过程中删除。
2.1。
B.森喜朗蚕丝丝素结构:
丝素蛋白fromB的氨基酸组成。
森喜朗主要由甘氨酸(Gly)(43%),丙氨酸(Ala)(30%)和丝氨酸(Ser)(12%)。
重链由12域包含该窗体在蚕丝纤维,点缀中结晶区域与非重复的主序列从而形成了较少的组织的域中纤维。
在纤维中的晶畴组成甘氨酸-X重复序列,与X被丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸(Thr)和缬氨酸(Val)。
水晶的形成域由381残留物(596平均中的第七到第12—36域大小域)。
每个域组成的子域名hexapeptides包括:
GAGAGS、GAGAGY,GAGAGA或GAGYGAG在哪里甘氨酸,A是丙氨酸,S是丝氨酸和Y是酪氨酸。
这些子域结束与四肽如砷化镓或的噱头。
非晶的形成地区的丝素蛋白重链,也被称为连接器,是一种42和44氨基酸残基之间在长度。
所有的连接器都有相同的氨基25酸渣(非重复序列),是在中未找到的带电氨基酸组成的结晶区域。
初始序列一种具有天然的coblock的疏水性蛋白质的结果高分子设计。
高效的丝素的分泌被认为是部分归功于adisulfide债券之间的重型和轻型的丝蛋白的形成链。
B.裸蛹突变森喜朗一直映射到相同的轨迹,如轻链上第14号染色体中。
由此产生的丝素光没有与丝素蛋白二硫键链。
重链和茧已小于0.3%丝素蛋白含量。
大量的丝绸多晶型有发现,包括之前结晶的具腺的状态(丝1),丝及绢丝状态组成的b表二级结构(丝II)和空气/水组装界面丝绸(生丝,III,螺旋结构)。
I结构的丝绸水溶性状态和暴露于热或物理纺纱很容易转换成丝绸二结构。
I结构的丝绸是体外观察在含水条件和转换到b表当暴露在甲醇或钾的结构氯。
B表结构是不对称的,占领与氢侧的一侧从甘氨酸和其他的占领与链从填充有机甲酯侧链疏水性的域。
B表排列所以,甲基基团和氢反对床单群体互动形式intersheet在晶体中的堆叠。
强的氢气债券和范德华力生成一个结构这就是热力学上稳定的。
国际米兰-和间氨基链内氢键形式酸垂直于轴线的锁链,纤维。
丝绸二结构不包括水,在几种溶剂包括温和的酸不溶和碱性条件下和几个氢键。
2.2.丝绸生物材料的形貌控制:
由于既定养蚕过程中,40万吨的干蚕茧都可用于每年世界各地纺织行业和因而为生物材料的应用程序。
几个可以从形成不同材料形貌水或溶剂配方的天然纤维丝绸的利用在生物材料中的窗体生物医学应用程序(图。
1B和表2)。
首先,必须在水溶液中溶解纤维系统,紧接着再加工成所需材料的格式。
2.2.1.蚕丝纤维:
蚕丝纤维能求得从缫丝茧。
从蚕丝纤维编织缝合技术拥有已用百年胶(纯的)制式胶纸(黑色编织丝)形式作为缝线外科选项。
彻底审查利用维珍和黑色编织丝(表面涂用硅胶或蜡,以防止磨损)和此前已经有相关的免疫应答描述了。
丝缝合线已用于肌腱组织工程。
缝线与修改固定化的精氨酸-甘氨酸(RGD)肽增加与人类培养细胞的粘附肌腱细胞和支持增加的粘附后3天与未改性的蚕丝纤维相比,组培塑料。
胶原I型增加和核心蛋白聚糖转录水平观察RGD修改的缝合线相比未修改丝绸和组培塑料在六个星期。
纺织工程技术与蚕丝纤维被用来生成生物材料更换为韧带。
钢丝绳设计研究生成蚕丝蛋白与机械设备强度相当于人前十字韧带(ACL)。
人骨髓基质干细胞(人间充质干细胞)和索取韧带成纤维细胞种子上附加这些蚕丝钢丝绳和增生的。
细胞培养与机械ⅰ、ⅲ型胶原表达的刺激和腱C特点的人类韧带。
2.2.2.非织造布丝垫
非织造布垫感兴趣作为医用生物材料的表面面积增加和粗糙地形对细胞的粘附。
丝素蛋白已被用来产生非织造丝绸席子从重新处理本机的真丝纤维或通过静电纺丝法。
非织造布丝垫备了部分的增溶作用的本机的真丝纤维,通常informic酸和小数额的氯化钙。
垫子被冲走和皮下种植在大鼠,在那里他们表现出良好的生物相容性。
MRNA转录水平,组织学、免疫组化显示丝非织造布垫引导下形成的血管网状结缔组织。
蚕丝纤维也可以经均匀化要达到类似的结果。
丝素蛋白垫10-30毫米,直径约300毫米的毛孔得到了直径。
这些非织造布垫研究了各种各样的细胞,包括角质形成细胞、成纤维细胞、成骨细胞和细胞行从上皮肺癌、结肠癌和宫颈癌组织中达7周。
真丝纤维不会降级有人在文化,可能由于低渗透性的矩阵中的单元格。
血管内皮细胞(初级和转换)当细胞在丝素蛋白的垫子上,连接和数量激增。
这一成果提高涂层胶原类型第一或纤维连接蛋白,最有可能由于RGD序列单元格可用的存在绑定。
血管内皮细胞一周在非织造布上形成微血管状结构垫。
静电纺纤维可以产生具有广泛的从几个纳米的直径范围的到几个微米取决于的模式处理。
水性丝的纺丝丝素蛋白溶液与聚乙烯(环氧乙烷)的混合(PEO)成立和纤维形态的基础扫描电镜(SEM)分析表明均匀的纤维直径小于0.8毫米。
人间充质干细胞体外培养在这些垫子上显示附件和传播。
原子力显微镜纳米压痕技术用于分析纤维的力学性能。
静电纺丝蚕丝丝素蛋白和聚氧化乙烯制备了横向弹性模量的8GPa,相比13.6平均数为本机蚕丝纤维。
丝素蛋白垫准备从纤维直径平均甲酸100nm表明杨氏模量的515精神创伤,7.25MPa的极限抗拉强度(UTS)和应变的3%静电纺丝无纺网格可以准备作为主要无规卷曲结构从中b表结构可以形成通过甲醇治疗。
孔隙率从76%变成了脱水后甲醇处理这些非织造网格的68%。
丝素蛋白制备甲酸所载30约120nm直径纤维的非织造布的垫。
成纤维细胞体外培养非织造网格上,附在丝绸和蚕丝纤维包覆型胶原纤维粘连蛋白、层粘连蛋白。
共混物的丝素蛋白PEO一直纺成纳米直径纤维细胞形态像人骨形态发生蛋白-2(骨形态发生蛋白-2),提供。
骨形态发生蛋白-2是形态,诱导骨髓间充质干细胞成骨。
纳米羟基磷灰石颗粒增加了有或没有骨形态发生蛋白-2和垫子被植入人间充质干细胞和成骨的条件下生长。
分化成骨标记物的钙沉积和转录水平进行了评价。
丝素蛋白垫支持向骨样细胞,人间充质干细胞的分化和垫fomeed与羟基磷灰石和骨形态发生蛋白-2显示最钙沉积和向成骨细胞标志物的上调。
这种差异被归因于可用性和骨形态发生蛋白-2上映。
与羟基磷灰石复合材料的电纺垫也引起重大牵张成骨和骨形态发生蛋白-2转录的上调。
丝素蛋白非织造布垫电纺从98%丝绸甲酸溶液被植入兔骨再生修复颅骨缺损并导致完全愈合与新生骨在12周。
除了作为上面的生物生成骨头,选项来控制羟基磷灰石矿上丝绸生物材料矩阵也已报告。
在自然界中,有机/无机界面产生独特的材料特性。
丝素蛋白,当掺加聚乙烯(L-aspartate冬氨酸),已成功地用于生长磷灰石晶体作为一个模板。
2.2.3.丝素膜:
从水或有机溶剂体系中,以及与其他聚合物共混后投了丝素膜。
丝素蛋白水溶液溶液制备丝素膜有氧气和水蒸气的渗透率取决于丝绸的内容,第一和丝状二结构。
丝结构的改变被诱导不同时间50%甲醇治疗。
天然丝结构的变化导致不同的机械和降解性电影属性。
纳米丝素膜也可以形成从水溶液使用一层由层技术。
这些超薄薄膜疏水性的交互作用稳定,可预测膜厚度可基于控制的解决方案以支持在交卷上人骨髓间质干细胞黏附、增殖。
在薄膜中,这是有利于增加表面粗糙度对细胞的粘附,显微组织形成通过混合的丝绸与PEO。
粗糙的表面被暴露提取水,PEO后锁定b单结晶度与甲醇。
表面粗糙度是直接关系到PEO过程中所使用的内容。
丝素膜的成纤维细胞附件已显示要高胶原膜。
其他哺乳动物和昆虫的细胞也有较好附着在丝素膜相比,与胶原膜。
丝素膜用于大鼠全层皮肤伤口愈合,愈合在七天内更快地降低炎症反应比传统的基于猪的伤口敷料。
丝素膜也被用于改进的细胞的粘附与骨形成,尤其是当RGD修饰细胞结合域。
丝素膜耦合与骨形态发生蛋白-2显示增加的骨形成相比,相同的丝素膜无骨形态发生蛋白2。
透明薄膜铸成的丝绸和纤维素混合显示增加的机械强度,相比在丝膜单独的共混物的丝素蛋白和重组像人的薄膜,种子与肝细胞胶原,并表现出较高的细胞存活率比丝素膜单独。
丝素蛋白溶液涂覆聚氨酯和poly(carbonate二氧化碳)聚氨酯薄膜及支架时,增加粘附和成纤维细胞增殖。
电影投从丝素蛋白和还原角蛋白S-羧甲基(SCMK)表明减少血液凝固与丝素蛋白或SCMK薄膜独自相比
2.2.4.丝素凝胶
水凝胶是身体耐用肿胀在水溶液中的三维高分子网络,但在这些解决方案中不溶。
水凝胶生物材料提供了交付的细胞和细胞因子的重要选项。
丝素蛋白凝胶制得水性丝素蛋白溶液和形成的b表结构。
丝素蛋白溶液的ph值影响凝胶化的3%溶液制得在两天内,在pH为3-4,相比八天作为从ph值5-12解决方案所需的解决方案凝胶的率。
在凝胶中重要的其他因素包括丝绸聚合物溶液的浓度和Ca++。
增加在丝素蛋白浓度,温度升高,降低ph值和Ca++浓度增加减少丝素凝胶化时间。
水凝胶孔径是可控丝素蛋白浓度和温度的基础。
补充丝绸解决方案与泊洛沙姆407(非离子型表面活性剂)诱导凝胶化;然而,额外泊洛沙姆逆转的溶胶-凝胶转变。
由混合泊洛沙姆407形成半互穿聚合物网络(SIPNs)和丝素蛋白溶液增加凝胶的力学性能。
丝素蛋白和明胶水凝胶混合显示温度依赖的螺旋卷曲转变的凝胶,这种凝胶的流变性能和力学性能的影响。
明胶——丝素蛋白凝胶的组成和温度依赖性属性检测了毒品交货的宗旨。
苯磷硫胺口服的释放是取决于丝素蛋白-甘油水凝胶中丝素的浓度。
三氯噻嗪中丝素凝胶中各种单糖(核糖、果糖、葡萄糖的水解和甘露糖)后羟基数目取决于各种单糖分子。
成骨样细胞连接时培养的2%(w/v)丝素凝胶表明遵守和生物相容性。
另外30%甘油凝胶增加细胞增殖的影响。
丝素蛋白凝胶注射兔临界尺寸的股骨缺损造成更大的骨小梁体积和厚度,显著高于矿物和骨形成时相比,聚率(D,L乳酸—乙交酯)。
结合性能的丝绸和弹性蛋白的凝胶形成生成称为丝绸—弹力素样蛋白聚合物(SELPs)的生物材料。
可以管理SELP水凝胶中的水含量,通过凝胶和浓度的聚合物,而性能不受ph值、离子强度、或温度,时间影响。
SELP水凝胶已释放的小分子如茶碱、维生素B12和细胞色素c。
SELP水凝胶也被用于DNA的控制释放。
大小、形态和DNA浓度确定的释放率。
DNA提取SELP水凝胶。
转染效率是1—3个数量级高于DNA交付了,不用水凝胶。
2.2.5.丝素蛋白多孔海绵
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