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美國塔夫茨大學(xué)的生物材料研究團(tuán)隊，正在實驗室里用蠶絲蛋白造“骨釘”。這種新型“骨釘”比傳統(tǒng)上固定斷骨的金屬“鋼釘”要更少副作用，能在體內(nèi)降解。不單是骨修復(fù)材料，蠶絲還可以用來制造人造韌帶、血管、甚至是外周神經(jīng)，輔助損傷修復(fù)。目前，蠶絲蛋白材料被科學(xué)家們視為最有希望的生物材料之一，具備相當(dāng)?shù)难芯繜岫取?/span>

蠶絲骨釘可被人體吸收

在骨外科手術(shù)后固定骨頭的金屬螺釘，會增加感染和骨壓式骨折的風(fēng)險。近日，據(jù)《每日電訊報》報道，美國塔夫茨大學(xué)的研究者已經(jīng)開發(fā)出這種金屬螺釘?shù)奶娲?。有趣的是，這種螺釘其實是用蠶絲做的。它經(jīng)過一段時間后可以被人體吸收。塔夫茨大學(xué)的研究者發(fā)現(xiàn)金屬制品會增加感染的風(fēng)險并減緩傷口的愈合。這些金屬制品也很堅硬，對骨骼結(jié)構(gòu)造成壓力。用蠶絲蛋白為基質(zhì)材料的敷料、韌帶等，已經(jīng)開始進(jìn)入臨床實驗。研究者在嘗試用蠶絲中提取的絲蛋白來制造用于骨骼修復(fù)的夾板和螺釘。實驗室研究人員將制造出來的28枚螺釘裝入了6只小白鼠體內(nèi)，經(jīng)過八周的觀察，骨修復(fù)效果良好，沒有發(fā)生排斥等并發(fā)癥問題，可以在體內(nèi)逐漸溶解。在X光下，絲蛋白螺釘也不會被看到。不會像鋼釘一樣，影響醫(yī)生們判斷骨折后康復(fù)的情況。

科學(xué)家表示，本來最初的研究目標(biāo)是用這些絲蛋白來治療和修復(fù)面部傷口，但是結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，材料具備治療各種不同類型骨折的潛能。來自哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的項目合伙人薩繆爾·林博士表示，“不同于金屬，絲蛋白合成物同骨骼構(gòu)成更相似。絲蛋白材料特別穩(wěn)定，它們在非常高的溫度下仍能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并能抵擋其余極端狀況，并且它們很容易被殺菌消毒?！彼虼拇髮W(xué)的生物材料實驗室的戴維·卡普倫教授補(bǔ)充說：“蠶絲的另一個巨大的優(yōu)勢在于它可以穩(wěn)定并釋放生物活性成分，因此絲蛋白制備的板材和螺絲帽可以釋放生物活性成分以防感染，增強(qiáng)骨骼再生能力以及提供其他治療法來促進(jìn)愈合?！?/span>

匹配骨自然硬度

記者采訪到曾經(jīng)在塔夫茨大學(xué)該實驗室工作多年的李實（化名）博士。李實告訴記者：“目前，絲蛋白材料造螺釘?shù)裙切迯?fù)材料，還處在實驗室階段，離實際應(yīng)用還有距離。不過，比較來看，絲蛋白材料具有較好前景和希望。因為傳統(tǒng)固定斷骨的金屬材料通常都不會降解，而且同骨骼相比，金屬螺釘力學(xué)強(qiáng)度較大，時間長了會造成骨骼受力上的差異，造成其他地方骨骼的骨質(zhì)疏松。有些也會引起異物反應(yīng)。后來，也出現(xiàn)了PLA、PLGA等合成生物高分子材料，這類材料不像金屬骨釘，可以被人體逐漸吸收，骨頭長好了也就消失了。

但是研究者發(fā)現(xiàn)，PLA、PLGA材料降解會形成些酸性產(chǎn)物，給人體組織帶來負(fù)面影響。理論上，蠶絲蛋白材料可以跟自然的骨硬度匹配到最好，不會太硬，降解之后，基本上是氨基酸和多肽，對人體也無害。所以，它的未來應(yīng)用前景更有希望?！崩顚嵵赋?，造一個蠶絲骨釘需要用的材料很少，一枚骨釘?shù)闹亓恳埠茌p，可能不到1克。

不要被炒作蠶絲蛋白的虛假廣告忽悠

目前，蠶絲蛋白材料的研究范圍非常廣，例如用于整容方向的臨床研究，比如做人造皮膚和敷料以及一些補(bǔ)片、墊片。李實指出，還有：“絲造的韌帶，已經(jīng)有展開臨床研究。其他用蠶絲造的骨骼、血管、外周神經(jīng)導(dǎo)管，還都在實驗室里進(jìn)行。蠶絲的普適性很好，有可能在未來具有比膠原、生物合成高分子材料等更好的適用性前景。”

?但大家別被市面上的一些借蠶絲蛋白概念炒作的虛假廣告給忽悠了，目前這一材料很多還停留在實驗室階段，離臨床研究都還有距離，更不要談廣泛的應(yīng)用和生產(chǎn)了。“生產(chǎn)和實驗研究是兩個方向的東西。生產(chǎn)、變成好賣的商品不需要太高技術(shù)，工藝越簡單越好。但基礎(chǔ)的科學(xué)研究則講究相對復(fù)雜精密的控制。

改變蠶絲的晶體結(jié)構(gòu)，可以硬過鋼筋

“蠶絲看起來很軟，其實可以很硬。通過控制它的晶體結(jié)構(gòu)，我們可以控制和改變他的硬度。蠶絲蛋白材料可以柔軟度很高，也可以比鋼筋還硬?！崩顚嵳f，“有些研究者用改變基因的方式，從牛奶、植物中形成絲蛋白分子，但是難以形成蠶絲的完美結(jié)構(gòu)和優(yōu)異力學(xué)性能。天然蠶絲的分級組裝結(jié)構(gòu)非常精細(xì)，是人工難以復(fù)制的?！毕啾戎?，在自然界唯一能與蠶絲媲美的，是蜘蛛絲。李實說：“蜘蛛絲比蠶絲的硬度更高，韌性也更高，所以，有實驗室曾用蜘蛛絲蛋白材料來制造防彈衣。但是蜘蛛有一個缺點，它的領(lǐng)土意識很強(qiáng)，在一個領(lǐng)地里不會容下兩只蜘蛛。因此，蜘蛛很難大規(guī)模養(yǎng)殖。但是，蠶絲卻可以養(yǎng)殖，可以大量生產(chǎn)，也可以再生?！?/span>

不過，李實也指出，絲蛋白骨釘?shù)谋４婵赡苓€是一個問題。“同天然蠶絲不同，目前制備的絲蛋白生物材料干態(tài)下韌性還需要提高。”李實說，“所以，如果讓骨釘同時保持強(qiáng)度和韌性，可能其中還需要加入其他的東西。理論上是可以做到的?！?/span>

蠶絲骨釘技術(shù)在中國的發(fā)展

在我國，上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所傳感技術(shù)聯(lián)合國家重點實驗室陶虎研究員團(tuán)隊也對此項技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，并在2017年得到突破。該團(tuán)隊通過傳統(tǒng)紡織業(yè)的蠶絲最新研發(fā)了一種可降解，且降解速度可控的生物醫(yī)療器械。相關(guān)成果以“基于功能化的可溶光學(xué)衍射傳感技術(shù)”為題發(fā)表于最新一期《先進(jìn)材料》（影響因子18.96），DOI: 10.1002/adma.201605471。

基于傳統(tǒng)的起固定作用的醫(yī)療器械“骨釘”目前大多采用鈦合金或不銹鋼制成，康復(fù)后需要二次手術(shù)取出的困擾，陶虎團(tuán)隊在實驗室完成了從蠶繭到蠶絲、再到蠶絲蛋白溶液、提取成固體，最后用車床精密加工成骨釘?shù)纳锊牧现谱鬟^程。該生物材料除了具備精確可控的降解功能外，還具備包裹藥物、微整形、信息隱藏、食品保鮮、藥物儲藏等多方面發(fā)揮功效。

日前，該項技術(shù)已經(jīng)完成動物實驗階段，并進(jìn)一步與生物醫(yī)藥企業(yè)合作，開展臨床研究，預(yù)計三到四年內(nèi)可產(chǎn)品化并上市。進(jìn)而形成產(chǎn)、學(xué)、研一體化創(chuàng)新發(fā)展。

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