& 丝素蛋白药物控释系统研究进展
丝素蛋白药物控释系统研究进展
　　控释制剂是指能够控制(/)释放速率使其符合药物动力学需要，使药物在体内较长时间维持恒定治疗浓度，药物以受控形式恒速释放或者受控局限在特定吸收部位释放的一类制剂。
　　优点是：可在局部获得持续较高药物浓度，保持较低血药浓度，提高疗效，降低毒副作用。常用载体材料分为非生物降解材料和可生物降解两类材料。
　　前者代表是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），后者包括天然和(/article/8/)材料两类：如壳聚糖、海藻酸、琼脂、淀粉类材料、纤维蛋白和胶原蛋白，钙基载体，硼酸玻璃及上述材料的聚合体、脱钙骨基质、聚酯、聚亚胺、聚缩醛等。
　　但均存在一定不足。丝素蛋白（silk fibroin, SF）除了具备良好的生物相容性和(/sell/22/)强度、可降解、无毒、易于加工外，还兼具非凡的多态性、稳定与控制释放捕获其中的蛋白质和药物，有望成为一种新的药物控释系统生物材料，成为再生医学和治疗骨与软组织疾病的研究热点之一。本文就桑蚕丝素蛋白在药物控释系统中的研究及应用，尤其是在骨科领域内的最新进展进行综述。
　　1 丝素蛋白特性
　　家蚕（Bombyx. mori）丝素蛋白（SF）由重链、轻链及糖蛋白P25 组成。重链约325 kDa，轻链约25 kDa，富含18 种氨基酸，由结晶区和非结晶区2 部分组成。约含43%甘氨酸、29%丙氨酸、12%丝氨酸和5%酪氨酸。
　　有3 类分子构象：SilkⅠ、SilkⅡ和SilkⅢ型，SilkⅡ型是蚕丝素蛋白的主要晶型，是蚕丝素蛋白具有高弹性模量和强度的主要原因。在温度和溶剂影响下SilkⅠ型易向SilkⅡ型转变。等电位点pH 为3.6~5.2。
　　2 机械特性
　　结晶是丝素蛋白稳定性的基础，有多种方法可以增强丝素蛋白强度。与弹性蛋白、透明质酸、羟基磷灰石纳米颗粒共混，或丝素微粒加强。由于具有&-折叠构象，结晶态的丝素蛋白具有出色地力学性能，无需像胶原那样进行交联处理。
　　SF构型受多种因素影响：温度、SF 浓度、剪力、金属离子、Ca2+、pH、低介电常数溶剂、甘油、甲醇和制备方法等。随着丝素蛋白浓度的增加，孔隙减小、变得更均匀，强度也随之增加。
　　3 生物降解
　　生物材料必须同时具有生物活性和生物可控降解性，材料降解要适应功能需要。丝素蛋白主要通过蛋白水解降解，蛋白酶优先降解丝素蛋白无定形区。
　　丝素材料的降解程度与结构和形态特征（纤维，膜，多孔材料），以及酶的种类有关。研究表明，丝素蛋白丝的降解可以按预定的速率变化。影响材料降解的因素包括：植入部位、力学环境、植入物体积和&-折叠数量。
　　通过不同制备方法生产用于药物释放快慢要求的载体，降解的速度与材料的结构和构象含量有密切的关系。SilkⅡ结构含量能明显地影响材料的降解速率，SilkⅡ结构含量减少会加快降解。
　　丝素纤维因其高度规整和大量SilkⅡ结构的存在而不易被降解，对于规整性相对较差的膜材料，更容易酶解。此外，丝素溶液浓度、处理方法、丝素蛋白的分子量、共混都能改变和调节丝素蛋白材料的降解速度。
　　4 丝素蛋白药物控释系统及应用
　　药物控释系统要求保持药物活性和疗效，确保安全。在制备、贮存和体内、外释放时均能稳定药物。丝素蛋白通过共价结合、吸收、俘获和包封等方式发挥稳定负载的蛋白质和小分子药物的作用。
　　药物释放机制包括：溶剂透入、弥散和生物材料降解。药物释放呈多相性。俘获在材料内的药物因无弥散通道无法通过弥散释放与材料表面相通，与其他包封的具有与表面相通弥散通道的药物也不连通。
　　药物分布也并不均一，药物形成的集合区大小不一。分子量越大，被俘获的药物越多。解决方法在于通过增加初始药量、超声波降解或冻融方法减小药物集合区而增加集合区的联系。
　　丝素蛋白可塑性强，能根据需要制备成多种形态，作为药物和典型化合物的控释材料，如蛋白质、染料、细胞/生长因子、抗生素、化疗药物和其他小分子药物等。基于丝素蛋白的药物控释系统主要有：丝素微球/微囊控释系统；丝素膜控释系统；丝素凝胶控释系统：涂层；多孔支架（海绵）控释系统。
　　4.1 微球/微囊控释系统
　　丝素微球/微囊的缓释效果好，但是药物包封率较低。采用喷雾干燥法制备的SF 微球，药物释放基本不受包封药量和脱水剂影响。
　　Bessa 等采用丝素微球包封BMPs，BMPs释放呈双相，早期存在药物爆释，然后缓慢释放，长达14 d。成为组织工程领域很有前景药物控释系统。
　　Ye 等研究利用改良赖氨酸和谷氨酸重复片段的丝素蛋白制备pH敏感性微囊，在pH 1.5~12.0 的范围内极其稳定，伴随可逆性膨胀与收缩，膜通透性发生可逆性改变。
　　Shi 等报道自组装制备的丝素蛋白微粒，FITC-BSA 和RhB载药量越大，药物释放越平稳。在最大载药量组，50 d 后仅有约23%FITC-BSA 和34%RhB得以释放。而且丝素蛋白微球可增强成骨细胞的活性。
　　Silva等报道采用由牛、人的血浆白蛋白及丝素蛋白包含不同种类的有机溶剂的微球抑制人中性粒细胞释放的弹性蛋白酶活性，达到纠正慢性创面中弹性蛋白酶及拮抗系统失衡作用来治疗慢性创面愈合。
　　4.2 丝素膜控释系统
　　丝素膜具有较高的药物包封率，但是缓释效果一般。为改善丝素膜理化性质，采用多种方法增强丝素膜的控释性能，如冻干法、溶液法等。药物在丝素膜中释放与制备工艺、溶液的pH值等有关。
　　复层丝素膜比单层丝素膜的药物初始释放浓度大，总释放时间延长。SF/凝胶/甘油共混消除早期药物爆释现象，可能与甘油增加了SF/凝胶结晶度有关。
　　多层膜结构可抑制早期爆释现象，保持药物持续释放。丝素蛋白膜的细胞与生物相容性良好，是具有药物释放和生物活性双重作用的生物材料。
　　Hines 等研究表明甲醇溶液能增加丝素蛋白膜的&-折叠结构，提高结晶度，增加膜表面的疏水性。提高丝素膜载药量，改善药物暴释现象。
　　提高结晶度，爆释现象消除，其后蛋白酶呈线性缓慢释放。药物分子量越大，被俘获的就越多。右旋糖酐释放呈双相，早期主要是药物弥散作用，后期则与材料降解释放有关。
　　甲醇处理后其弥散系数和被俘获残留的药量均低于未处理组，且与分子量呈线性正相关。田保中等测定磺胺类药物在丝素膜中的释放特性，结果表明磺胺类药物丝素膜中基本上以零级释放，药物释放存在一定爆释，两步法制成的磺胺类药物丝素膜，膜正置时的药物初始释放速度比膜反置时大许多,可能与分配控制机制有关。
　　临床上，张幼珠等将抗菌药物与丝素膜整合制备成既能保护创面又能从膜中缓慢释放具有抑菌、杀菌作用药物的创面覆盖材料治疗烧伤创面，生物相容性良好，取得较好疗效。
　　4.3 水凝胶控释系统
　　丝素蛋白水凝胶为三位立体网状结构，广泛用于具有药物释放功能的组织工程支架以有效修复和重建受损组织。Kundu 等报道丝素蛋白和聚（乙烯醇）甲基丙烯酸酯共混制备的新型交联型水凝胶系统，孔隙大小和分布形式受丝素蛋白比例影响。丝素蛋白呈&-折叠二级构象。
　　FITC-右旋糖酐的释放受丝素蛋白比例及包被的药量调节。具备成为药物控释系统的巨大潜能。Mandal 等以丝素蛋白和聚丙烯酰胺制备水凝胶，抗压强度较高，生物相容性好，锤虫蓝和FITC-菊粉可持续释放。
　　Diab 等报道采用大鼠股骨大段骨缺损模型研究含BMP-2 的丝素蛋白水凝胶控释系统与静电泳制备的聚已酸内酯（polycaprolactone, PCL）纳米纤维网联合促进骨修复能力，结果表明新骨形成和力学强度均显著增加。提示该系统有望成为有效治疗大段骨缺损的材料。
　　4.4 涂层
　　Wang 等采用丝素蛋白逐步沉积法制备纳米级控释涂层，研究表明，释放性能与晶体含量及丝素涂层的多层结构有关，高结晶度以及表面丝素较厚的涂层能够抑制暴释现象，延长药物释放时间。Pritchard 等用丝素蛋白涂层包裹腺苷构建可局部应用的药物控释系统。
　　研究表明弥散屏障的增加，如增加涂层厚度和结晶度，可延缓药物爆释的发生，降低每日平均释放速度，延长释放时间。包裹8层8%（w/v）丝素蛋白涂层，腺苷呈线性释放，持续达14 d。
　　Zhou 等报道将丝素蛋白作为包封万古霉素的PCL微球的外被层，可减轻万古霉素早期爆释现象，延长持续释放时间。临床上，骨髓炎治疗成功的关键是病灶局部保持高浓度抗生素，局部采用生物可降解药物控释系统保持抗生素长期持续释放，成为有效消除骨与软组织感染很有希望的方法。
　　4.5 多孔支架（海绵）控释系统
　　多孔支架具有药物释放和组织再生修复双重功能。丝素蛋白具有促进骨愈合能力。SF支架及与凝胶或壳聚糖共混改良支架可促进成骨细胞贴附和成骨能力，可能成为成骨生物材料。
　　支架降解速度可直接影响hMSCs 成骨能力，促进MSC的ALP 活性、成骨细胞分化及其标志物表达，并与SF 剂量浓度相关。可以促进大鼠胫骨骨髓原始基质细胞表达成骨细胞标志物。作用机制在于抑制Notch 激活的基因表达，阻断Notch报告子的激活而发挥作用。
　　Mandal 等研究表明，包埋藻酸钙珠的丝素蛋白立体支架可消除药物早期爆释，保持药物持续释放长达35 d。释放特征取决于整合药物的分子量。外层的丝素蛋白可提供机械稳定性，形成药物释放屏障。该支架细胞和生物相容性良好。
　　Gupta 等报道利用小鼠肿瘤模型，采用丝素蛋白-壳聚糖支架与含有抗癌药物的纳米微粒共混治疗肿瘤组织切除后组织缺损，药物释放长达24 d。无抗癌药物支架的细胞密度和降解程度均显著高于含抗癌药物支架。支架与周围肿瘤组织整合被有效抑制，肿瘤体积也较无抗癌药物支架组的小。
　　Wenk 等报道包埋PLGA微粒的丝素蛋白共混支架比PLGA 微粒的IGF-I 的释放更持久，而PLGA 的降解不受影响。Wang 等利用丝素蛋白支架包埋载有rhBMP-2 和rhIGF-Ⅰ的丝素蛋白微球构建具有生长因子梯度的药物控释系统，生长因子在支架内部形成的梯度呈线性变化。
　　与hMSCs共同培养5 周，rhBMP-2 与梯度相反的rhBMP-2/rhIGF-Ⅰ支架具有诱导hMSCs发生骨与软骨分化。研究表明丝素蛋白支架/微球可构建生长因子按空间分布的支架。
　　Zhang 等报道，含有编码BMP-7 基因的腺病毒颗粒与丝素蛋白支架可显著促进新骨形成，表明其可有效转染细胞，促进骨形成。为开发用于治疗临床难治的骨与软组织感染的抗生素控释系统，Pritchard 等制备不同SF 形态药物控释系统（SF 膜、微球、水凝胶和涂层），研究了相应的抗生素释放特性。
　　并利用豚鼠感染模型(/sell/24/)负载阿莫西林SF 水凝胶的疗效。SF 海绵外被SF 纳米膜负载头孢唑啉与庆大霉素，持续释放分别可达3 d 和5 d。SF控释系统能够隔离抗生素，并保持其活性，还能持续释放具有生物活性的抗生素。
　　由于室温或体温下抗生素溶液不稳定，因此具有药物稳定作用的SF控释系统优于抗生素溶液的栓剂和制剂泵。研究显示SF 生物材料有望成为一种新型、可定制的局部使用抗生素载体平台。
　　5 展望
　　尽管丝素蛋白在药物控释方面的应用研究上已经取得一定成果，但临床应用仍面临许多问题，如物控释的高效化、速效化、长效化；丝素蛋白降解与功能发挥同步化；药物释放与组织再生一体化；药物控释的时空分布等。随着生物技术及控释技术的发展，丝素蛋白在药物控释领域将(/exhibit/)现出更广阔的应用前景。您的位置： &&
蚕丝丝素蛋白
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产品详细说明
产品规格：医药级
产品包装：25公斤纸板桶
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蚕丝丝素蛋白经水解后，得到的水溶性混合氨基酸，其平均分子量为90左右，又称丝素-90。&白色至米白色粉末或淡黄色透明液体，茚三酮反应呈阳性。
主要指标：
蚕丝氨基酸粉
蚕丝氨基酸液体
白色至米白色粉末，溶于水，具甜味
淡黄色透明液体，具甜味
茚三酮反应呈阳性
茚三酮反应呈阳性
干燥失重(%)
炽灼残渣(%)
甘氨酸、L-丙氨酸、L-丝氨酸总含量(%)
重金属(以pb计)/(mg/kg)
细菌总数&(CFU/g)
大肠菌群(MPN)(个/100g)
致病菌(沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌)
应用特性：
以家蚕丝为原料，经生化工艺精制而成的混合氨基酸（丝精），其中丙氨酸、丝氨酸、甘氨酸含量占83%以上，是一种功能性突出的营养物质，具有较高的营养价值。&
丝精中的甘氨酸、丝氨酸在生物体内是合成蛋白的原料，又是合成谷胱甘肽的前体，而谷胱甘肽对心血管疾病、癌症及人体衰老有一定的预防作用；甘氨酸还对致癌物质芳香族起解毒作用；丙氨酸可促进酒精代谢，起到益肝防醉的作用；酪氨酸对预防老年痴呆有良好的效果。&
丝精极易渗透到皮肤真皮层，很快被皮肤吸收，并参与体内酶的活动，达到调湿、保湿、防紫外线辐射、抑制黑色素生成，抗皮肤衰老及营养肌肤的作用。
武汉大华伟业医药化工有限公司以湖北为基地，以先进的化学技术、医学技术为专业主体，是集研、开发、生产经营为一体高科技企业、公司座落在武汉市江岸经济开发区岱家山45号，占地面积200多亩，有1个中试车间，3个多用生产车间（2个化学合成车间，2个生物合成车间），公司职工250名，其中以知名专家为首，与优秀技工紧密结合的40名专业技术人员，包括10名高级工程师和15名工程师，是一支具有专业背景、朝气蓬勃、有高度创造天赋的团队。 武汉大华伟业医药化工有限公司主要从事原料药（API）及其中间体的研发和生产。根据国内外市场需求，以研发为先导，着重于新产品和创新工艺的工业化，现已开发投产50多种产品，已发展成为一个具备一定规模和实力的科研生产实体。公司主要产品有肌酸酐、胍基乙酸、多潘立酮、克霉唑、枸橼酸铋钾、扑热息痛、甲硝唑、生物素、辅酶Q10、克拉霉素、布他磷、痢菌净、喹乙醇、喹烯酮、土霉素、甲硝唑、L-精氨酸、L-甘氨酸、L-谷氨酸、维生素C、醋酸洗必泰（氯已定）、葡萄糖酸氯已定，产品面向国际市场，以销往欧、美、亚太、香港、台湾等20多个国家和地区，产品为FDA检查的DMF工作也在进行中，公司率先通过ISO9002质量体系认证把产品质量作为企业的核心和生命。 武汉大华伟业医药化工有限公司秉承以人为本、事求卓越、和谐共生的核心价值观，坚持需求步导、技术领先、满意为本的经营理念，努力为客户提供一流的产品和超值服务，本公司热诚欢迎与您展开业务合作。
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版权声 明&2017家蚕后部丝腺丝素蛋白的制备
0引言蚕绢丝腺内的液状丝素可制备成膜材料,天然丝素蛋白膜内丝素蛋白的分子构象为a-螺旋和无规线团结构共存[1-3]。对于生产和需要制备多量样品的实验来说,收集绢丝腺内的丝素用于制备材料是不切实际的,所以有必要人工溶解柞蚕丝素纤维,提纯后得到再生的柞蚕丝素溶液代替绢丝液用于材料制备[4-6]。有很多种盐溶液可溶解家蚕丝素纤维,但能够在不破坏或少破坏柞蚕丝素蛋白化学结构的前提下溶解柞蚕纤维溶剂却很少。目前,蚕丝正被广泛应用于生物组织工程领域的研究中[7-10]。天然蚕丝由丝素蛋白和丝胶蛋白构成[11],其免疫原性是由丝胶蛋白所导致的[12-13],而丝素蛋白具有良好的生物相容性[14-15],因此广泛应用于人工韧带[16]、人工血管[17]、人工软骨[18-19]、人工骨等领域[20-21]。蚕丝作为组织工程材料,需要将丝胶蛋白去除。现有的脱胶工艺都是以天然蚕丝为原料经过脱胶、溶解的传统方法来制备再生丝素的[22],也就是说,再生丝...&
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家蚕能成为重要的经济昆虫,主要原因在于其可以分泌蚕丝。蚕丝是由家蚕高度特化的器官-丝腺合成分泌的。根据丝腺各区段的结构形态不同,将丝腺分成前部、中部及后部丝腺。丝的两大组成部分—丝素和丝胶,分别是由后部丝腺及中部丝腺合成。其中,丝素是蚕丝的主要组成部分,它由丝素重链蛋白、丝素轻链蛋白及P25蛋白组成的多聚体蛋白。丝蛋白的表达不仅具有组织特异性,还具有明显的时期特异性。丝蛋白在幼虫前几个龄期合成少量丝蛋白,主要用于眠期时,将自己固定在蚕座上,以便蜕皮。丝蛋白只有在幼虫最后一龄末期才被大量合成。先前研究表明,丝蛋白的调控主要在转录水平,并且丝蛋白的转录发生在每龄盛食期,在眠期则不再转录。虽然研究学者对丝腺高效的蛋白合成能力和基因表达的调控机制进行了持续的研究,但是目前只有少量的丝蛋白转录因子被鉴定,丝蛋白的高效特异表达的调控机制仍待进一步阐明。多蛋白桥梁因子MBF2最初在丝腺中被分离并证明作为转录调控因子发挥作用。刘庆信等人研究发现...&
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进化是自然界最强大的力量之一,造就了白然界的千姿万态,也创造了具有精妙结构的大脑、狡猾善变的病毒、斑斓多彩的蝴蝶等一系列几近完美的生物学奇迹。蜘蛛和昆虫用来织造纤维的丝腺是众多生物学奇观中最为神秘和引人注目的器官之一。丝腺存在于很多昆虫和绝大部分蜘蛛体内,具有惊人的蛋白合成能力和储藏能力,尤以家蚕的丝腺为甚。经过长达数千年的人工驯化与选育,一头家蚕食下大约20克新鲜的桑叶便能生产0.5克丝蛋白,相当于自身干重的25%。这种奇妙的能力对于人类而言,其意义也许不仅仅是合成蚕丝。因为,在随着病原与致病机理的深入研究,越来越多的分子靶标得到了鉴定,疫苗、激素和蛋白源生物材料等生物医药蛋白需求与日俱增的今天,家蚕丝腺合成和储存蛋白的惊人能力,以及大规模生产成本低、对人畜安全、具有规模化生产的蚕丝产业基础等优势,使其有可能成为理想的生物反应器模型。然而既成于进化之美,也败于进化之顽固。进化的神奇力量造就了可以称之为生物学奇观的丝腺,给渴望利...&
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家蚕丝腺是一种高度特异化的器官,能够高效特异地合成丝蛋白,根据其结构可以分为前部、中部和后部丝腺。前部丝腺不合成蛋白,中部丝腺合成丝胶蛋白,后部丝腺合成丝素蛋白,丝素蛋白分为丝素重链蛋白(fib-H)、丝素轻链蛋白(fib-L)和P25蛋白,它们按6：6：1组合形成多聚体蛋白。在幼虫各龄眠期和变态期,家蚕只合成少量或不合成丝蛋白,进入五龄盛食期,丝素和丝胶基因的转录水平大大提高,丝蛋白随即被大量合成。研究表明,丝蛋白基因的表达主要是在转录调控水平进行的,目前研究学者已经在家蚕丝腺中发现了大量的转录因子,这些转录因子广泛的参与丝腺器官的发育、丝蛋白基因的转录以及丝腺细胞的凋亡等生命过程。家蚕基因组数据和基因芯片数据的公布,为研究家蚕丝腺特异转录调控因子提供了信息平台。本研究根据之前发现的两个在家蚕丝腺特异表达的并且含有bHLH结构域的转录因子—Bmsage和Bmdimm,采用克隆、表达、RT-PCR、western blot等技术...&
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转基因技术可使外源基因在宿主细胞中整合、表达,许多重组基因工程产品都可通过转基因技术得到表达和生产。家蚕Bombyx mori是重要的经济昆虫,作为生物反应器具有很多优良的特性,可以高效率表达生产重组基因工程产品,成本低廉。文献报道转基因家蚕可成功应用于生产猫干扰素、人成纤维细胞生长因子、人血清白蛋白等方面(Tomitaetal.,2003;Hinoet al.,2006;Kuriharaet al.,2007;Ogawaet al.,2007)。家蚕转基因有多种方法,例如基因枪法、电穿孔法、精子介导法、病毒转染法、脉冲电场法等(李振刚和范久戈,1995;Moriet al.,1995;Nagarajuet al.,1996;Liet al.,1997;Yamaoet al.,1999;Zhanget al.,1999;郭秀洋等,2001)。利用这些方法都曾成功获得了转基因家蚕个体,但是转基因在蚕体内表达不稳定,且表达率、可遗传...&
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家蚕是一种鳞翅目昆虫,由于可以吐丝结茧而被人类驯化。在上个世纪初,家蚕作为一种模式生物,为经典遗传学和生物基础科学的发展作出了重大贡献。目前,家蚕作为鳞翅目模式昆虫,成为了遗传学、生理学、分子生物学、细胞生物学和基因组学等生物学科的重要研究对象。家蚕是一种重要的经济昆虫,其合成和分泌丝蛋白的效率非常高。家蚕泌丝机制的研究也成为了研究热点。丝腺是家蚕唯一的吐丝器官,从形态和功能上可以分为三个部分：前部丝腺、中部丝腺和后部丝腺。后部丝腺合成和分泌的丝素蛋白流经中部丝腺后被丝胶蛋白包裹,最后通过细长的前部丝腺管腔分泌到体外。在各种因素的综合作用下,丝素蛋白的构象发生了巨大的转变,形成了不溶于水的丝纤维。目前,家蚕丝纤维作为一种天然的高分子材料主要应用于纺织业,但是其在生物医学材料、化妆、保健等领域的应用也越来越广泛。家蚕能够在常温常压下高效地生产丝纤维,这与丝蛋白在丝腺中复杂的加工过程有关。众多的研究已经揭示,丝腺中离子成分与含量的变...&
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