海藻糖助力，探尋絲素蛋白的奇妙世界

提到蠶絲想必大家都不陌生，蠶絲（Silk），別名天然絲，指由蠶分泌的黏液所形成的纖維。但是蠶絲的結(jié)構(gòu)大家了解嗎？蠶絲是由內(nèi)層的絲素蛋白（Silk fibroin,SF）和外層的絲膠蛋白組成。絲素蛋白是一種天然高分子蛋白，在蠶絲中的含量約為70%～80%，不僅成分豐富，還蘊藏著無限潛力。[1]

2024-09-23 14:21:07艾爾法159

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

接下來跟著小編一起從絲素蛋白的初步印象出發(fā)，逐步揭開其神秘面紗，領(lǐng)略它在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的卓越表現(xiàn)吧。

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

絲素蛋白初印象

SF由18種氨基酸組成，甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、絲氨酸（Ser）這三種氨基酸是組成絲素蛋白的主要成份，能占到SF總蛋白含量的85%，與人體的角朊（皮膚和頭發(fā)的主要成份之一)成份十分相似。蠶絲中的SF主要在生物醫(yī)藥中發(fā)揮作用，而絲膠蛋白則會引起異常免疫反應(yīng)，因此，在SF的應(yīng)用中要盡可能的去除絲膠蛋白。

除此之外，國家也在支持絲素蛋白的發(fā)展，SF被國家納入“十四五”規(guī)劃的重點研發(fā)計劃的“診療裝備與生物醫(yī)用材料”重點項目中，由此可見，絲素蛋白在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的再生生物材料中將會有廣泛的應(yīng)用前景。

那么絲素蛋白究竟為何會受到重視呢？接下來，讓我們一探究竟，了解絲素蛋白究竟是憑借何種優(yōu)勢，成為眾多生物材料中的閃亮明星。

絲素蛋白優(yōu)勢揭秘

具備優(yōu)良的力學(xué)性能：絲素蛋白材料的強度和剛度由Silk II決定,而延展性和柔韌性由Silk I控制，Silk I包括α螺旋及其他非β-折疊的構(gòu)象，而Silk II結(jié)構(gòu)主要指反向平行的β-折疊構(gòu)象，反平行β折疊能量上處于最低狀態(tài),穩(wěn)定且不溶于水。在納米微纖中，β微晶作為物理交聯(lián)點在拉伸過程中承擔(dān)主要拉力,而無定形鏈的存在又賦予其柔性。這種無定形鏈連接β微晶節(jié)點形成的拓樸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得納米微纖擁有比自然界其他物質(zhì)更柔韌、堅固的力學(xué)性能。[2]

（A Review of Structure Construction of Silk Fibroin Biomaterials from Single Structures to Multi-Level Structures）

優(yōu)良的生物相容性：SF作為天然高分子纖維蛋白, 降解產(chǎn)物無不良反應(yīng), 植入機體或動物組織中無潛在安全危害, 無炎癥現(xiàn)象等免疫應(yīng)激反應(yīng), 與細胞、組織有良好的生物相容性。現(xiàn)已被制成絲素蛋白纖維、絲素蛋白膜、納米粒、水凝膠等多種形式材料。[3]有研究表明絲素蛋白纖維在體外并不刺激巨噬細胞釋放腫瘤壞死因子, 反而可能存在一定程度的抑菌作用。[4]

良好的生物降解性：SF作為一種蛋白質(zhì), 易被糜蛋白酶、鏈酶蛋白酶、羧化酶等水解降解，最終降解產(chǎn)物是相應(yīng)的氨基酸, 在體內(nèi)易被吸收。SF在體內(nèi)緩慢降解、吸收，吸收速率可通過改變環(huán)境因素（如植入部位、機械環(huán)境、患者健康和生理狀態(tài)）以及改變絲素的二級結(jié)構(gòu)起到控制作用。除此之外，SF也可通過其他方式降解, 如γ射線，隨輻照強度的增加, 絲素多肽鍵合能力減弱, 絲素蛋白β-折疊結(jié)構(gòu)減少, 使降解產(chǎn)物中低分子質(zhì)量蛋白的釋放增多, 絲素蛋白的生物降解能力增強。[3、5]

豐富的可調(diào)控性：SF除了以纖維狀態(tài)存在之外，還可被加工成顆粒狀、薄膜狀、微球體、塊材等，產(chǎn)品形式多樣。

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

絲素蛋白應(yīng)用展風(fēng)采

絲素蛋白的多樣性和可調(diào)控性使其可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括骨科、整形、生物醫(yī)療和化妝品等領(lǐng)域。

在藥物遞送領(lǐng)域，絲素蛋白微球因其低免疫原性和可調(diào)節(jié)的藥物釋放速度而受到關(guān)注。絲素蛋白微球的創(chuàng)新應(yīng)用，為藥物遞送提供了全新的視角，這種高比表面積的微球在免疫治療中的潛力也令人矚目。

藥物載體絲素蛋白微球新勢力

天然、合成及半合成高分子是當前制備納微米球的主要材料來源。合成高分子制備的聚乳酸(Polylactic acid,PLA)及聚乳酸-羥基乙酸共聚物(Polylactic acid-glycolic acid,PLGA)納微米球在當前上市制劑中仍是主流, 已被美國FDA批準作為藥物控釋載體因為材料本身具有良好的生物相容性、可控的生物降解性。[6]但由于其有機溶劑添加、超聲功率輸出均會對包埋藥物的活性和穩(wěn)定性有影響，有機溶劑殘留存在潛在風(fēng)險，且不利于親水性藥物的裝載，降解的酸性物質(zhì)也會引起體內(nèi)的炎癥反應(yīng)，因此正在嘗試使用高分子材料代替。[7]

SF微球具有超高的比表面積，其表面能夠負載更多的藥物，因此在藥物遞送相關(guān)領(lǐng)域也在逐漸引起關(guān)注。Lei等人開發(fā)了一種裝載有抗原和免疫佐劑的可注射SF微球，只需注射一次就能對已形成的腫瘤產(chǎn)生抑制效果。疫苗的大孔結(jié)構(gòu)能夠有助于免疫細胞的募集，促進樹突狀細胞（DCs）的激活，從而產(chǎn)生良好的免疫微環(huán)境，進一步誘導(dǎo)強烈的體液免疫和細胞免疫。[8] SF微球不僅具備其他微球的理化性能，而且還具備較低的免疫原性。因此SF微球的研究成為遞送領(lǐng)域的新趨勢。

但是SF微球大批量生產(chǎn)對生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性要求極高。趙文靜等人在化妝品方向上發(fā)明了一種載活性成分的絲素蛋白/HA復(fù)合載體微球，解決了蘇素蛋白微囊機械性能較差、易突釋、活性成分穩(wěn)定性較差和其凍干粉復(fù)溶時間長的問題，提高了穩(wěn)定性。對其凍干粉成分進行分析，里面除了化妝品活性成分、絲素蛋白以及HA之外，還包括EDC以及凍干保護劑，EDC主要作為脫水劑，凍干保護劑由質(zhì)量比為1：1的海藻糖與甘露醇復(fù)配而成。

這些凍干保護劑在絲素蛋白微球凍干產(chǎn)品中又發(fā)揮著什么樣的作用？

凍干守護者

甘露醇是一種糖醇，通常由甘露糖還原而來，具有良好的保護性能和保水性能。在凍干過程中，甘露醇可以保護產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能不受到氧化、水解、酸化等影響，適用于凍干藥品領(lǐng)域。甘露醇對蛋白質(zhì)的保護作用與其濃度、形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而其濃度與結(jié)晶形態(tài)有時呈一定的關(guān)聯(lián)性。通常認為無定型甘露醇具有使蛋白質(zhì)穩(wěn)定的作用而結(jié)晶態(tài)的甘露醇則失去保護功能；1%或更低濃度的甘露醇通過無定型結(jié)構(gòu)的形成而阻止蛋白質(zhì)藥物的聚集，但是高濃度的甘露醇則易于形成結(jié)晶態(tài)而促進蛋白質(zhì)藥物的聚集。

海藻糖是一種由兩個葡萄糖分子通過糖苷鍵連接而成的非還原性二糖，能夠保護生物大分子如蛋白子、核酸等，具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度，更不容易形成冰晶，延長了儲藏期限，保證制品品質(zhì)，同時控制儲運成本；除此之外，海藻糖海藻糖在高溫、高寒、高滲透壓及干燥失水等惡劣條件下，它可以和蛋白質(zhì)的極性基團形成氫鍵，以維持蛋白質(zhì)的構(gòu)象，從而保護了其生理活性。因此海藻糖在生物醫(yī)藥產(chǎn)品中的應(yīng)用比較廣泛，也是常見的凍干保護劑。

艾偉拓（上海）醫(yī)藥科技有限公司的海藻糖（海保-99）具有超低內(nèi)毒素（實測值<0.1IU/g）、無菌的品質(zhì)高特點，滿足生物制品，血液制品和脂質(zhì)體等各種高端注射劑開發(fā)需求。現(xiàn)已獲得登記號（F20190000452），DMF號（34401），助力客戶制劑產(chǎn)品中外申報（符合各國藥典標準Chp,USP,JP,EP ）。具有超高性價比，可顯著提高客戶終端產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。