医学用丝绸

培植丝虫制作丝线织物被认为是五千年前中国开始数以万计飞蛾代人工选择Bombyx莫里软化飞蛾以树莓叶为食 至今仍用于制作丝绸全球纺织丝绸市场耗资数十亿美元,但也有一些不太为人知的非纹理应用-包括外科缝线

自600BCE使用以来,丝绸线程至今仍在使用,目前仍在某些类型外科手术后使用。大约30年前,美国马萨诸塞州Tufts大学生物医学工程学教授David Kaplan曾有一个灯泡瞬间,当时他意识到丝绸也可以用于其他医学应用。新研究领域诞生后,全世界迄今已有少数获批产品多丝质医学产品正在临床试验和预科测试中

公元前Bombyx莫里丝虫含有约70%纤维素纤维蛋白本性生物兼容性并有类似于钢的抗拉强度Fibroin还拥有独特组合的其他属性,这使得它特别需要医疗应用数十年的证据表明丝绸缝合体安全使用并有强健供应链制造Bombyx莫里丝绸受控合理价Chris Holland表示, 英国Sheffield大学材料科学工程讲师Chris Holland表示:「他们会笑并说:我可以为10,000/kg

自然解法

丝绸最激动人心的特征 在于它重构成形形形色色的能力Holland表示:「化学解样丝绸并重构成构件制作各种不同类型的材料,新形式包括多孔脚架、水凝胶、胶片、纳米粒子和微粒子以及稠密塑料类材料开通大范围潜在应用

Fibroin是一个块共聚物,由长高防水链组成,由短流水链路联结蛋白质溶入丝虫丝沟但它离开时被迫用圆柱式喷嘴触发自组成固态不可溶解纤维Holland表示:「Silk通过受控蛋白折叠式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式转接式等量做鸡蛋,但非使用热量,你使用机械流来做丝质蛋白,从水分状态转换为脱水综合状态

spun时,Fibroin排列为xi单片,高序蛋白二次结构类型,氢联结将蛋白链绑在一起要创建替代丝绸形式,e表首先必须物理拆分有多种方法实现这一点实验中,我们用二叉酸盐解构氢联结,将纤维素蛋白合在一起,并转换coon固丝素成水解法接下去,我们拨离锂盐 留下蛋白质水中,卡普兰说

并增加Antonella Motta为意大利Trento大学工业生物工程教授这可能包括用更强的交叉链路或加入某些替代二级结构类型,如α螺旋ALHLIX结构像spring-lix并增加物料弹性Motta解释重构期间改变温度、溶剂、pH或操纵机械压力均能控制Fibroin重编表另一种常用方法是切入聚合物长链小粒子,防止它像以前一样按序编组结构深入理解自然旋转丝绸可支持研究如何在实验中以不同方式组成(见从自然中学习下文)。

控制化学

化学还可用于控制Fibroin重编过程,并因此控制其最终形式和属性最常见的是,这意味着添加化学交叉连接开发技术包括使用酶创建二弦联结交叉链路为丝绸增加弹性,

向聚合骨架添加新侧链 — — 功能不同 — — 是一个用得较少的工具来改变丝质属性可能有挑战性,因为Fibroin骨架主要由非反应性氨基酸甘油和alanine组成一种方式是转基因丝虫,这样它们生成的丝绸中就含有非自然反应式氨基酸,并可以加入侧链HidetoshiTeramoto是日本Ibaraki国家农粮研究组织生物技术研究者,容积能力非自然氨基酸和azide分组分解Fibroin.允许侧链使用经典点击化学azide-alkyne循环Teramoto表示:「当我们将带氨酸注入丝绸时,反活性丝绸是探索他功能化丝绸的一个应用

基因工程并非总需要卡普兰实验室开发化学基础方法连接自然丝绸聚合骨架全氟化碳侧链可连接化蛋白自然水益表比特弗隆多缺水需要多步执行浮质微小氨酸(包括沙林酸)上的液态聚类首先转换成boxylic酸类,初级安眠类后附于这些类后再加入fs链附于amines化学合成的每一步均在温和条件下演化应用卡普兰预测这种氟丝绸包括医疗装置,抗水和其他生物材料损害并持续更长时间

恢复声音

近些年来,基于纤维化医疗产品经批准使用,包括治疗性丝绸服饰处理慢性皮肤条件和丝绸包扎美国食品药管局(FDA)批准供体内使用的第一个丝绸产品是SERI外科刀片机现停机松软机建自卡普兰学术实验室 并加固软组织2013年打市后2021年退出

2018年,第二个丝质组织工程脚架获得FDA许可,该脚架同时开始卡普兰实验室生活丝绸之音清除处理破损声带 并上市由Sefregen医疗公司产品是一个批量代理程序,可立即恢复应用后的声音并起脚架作用支持声带内受损collagen软组织的长期再生effold用18至24个月去退化, 即提供基底方便受损组织再生,解释Sofregen医学首席技术操作官Joseph Brown

丝绸之音由非常软多孔微粒海绵组成,显示形状内存特性Brown表示, 组织与细胞可深入渗透空间空格基本无效海绵有能力压缩或拉伸并保持外力减退后形状

丝绸纳米粒子注入声带后粘合在一起,允许最小侵入性投送阻塞链长度用于控制最终构造上传粒子并发并提供机械批量组织Sofregen医学目前测试诊所可注入丝热填充器,提供体积散装,而collagen生长到它的位置Brown表示,目标是实现持久校正

卡普兰并非唯一研究开发丝绸潜力的组织工程应用世界各地许多研究集团都分享这个目标,丝绸显示支持骨骼、软骨和皮肤生长欧联Motta地平线2020财团项目探索丝绸和其它组织工程新素材Motta解释道 :

重新思考疫苗

组织工程只是冰山一角 谈到丝绸医疗应用潜力Vaxess技术在马萨诸塞州持续释放疫苗交付补丁使用丝状微需要技术从卡普兰学术实验室流出mix补丁最近完成第一阶段流感测试,并正在探索提供mRNA疫苗,包括Covid-19和治疗技术阶段1试验发现延缓向人体释放抗原可能会降低典型流感疫苗副作用发生频率,如疲劳症和头痛症Vaxess技术研发副总裁Jonathan Kluge表示:「与针头针头和针头传统疫苗相比,

mix补丁有数组微需要,小技巧包含丝质和活性成份组合针孔解水并分解后5分钟内与皮肤间流清除补丁后,小技巧保留在皮肤下Kluge表示:「这些小技巧现嵌入内并随时间扩散拆卸货品需要数天数月才能释放全部有效载荷分解率取决于丝绸二级结构,公司可按纤维链长度控制

补丁稳定室温比传统疫苗更容易分发解释Kluge澳门万博公司改善架子稳定性取自干法和fribrin稳定特征保护疫苗运货端端目标自控产品,非医疗环境使用不可,包括家庭内使用

很少有不良效果 从我们的防疫

丝绸作为工具保护药并控制药体传播的潜力 也正由数个学术集团探索PhilippSib是德国Friedrich Schiller大学Jena的制药技术教授,正为此目的制作丝绸水合板和纳米粒子

Seib丝绸水凝保护药分子 直接注入定目标位置注入脑中处理中风损伤 是他组探索的一个应用 水凝仪输入前临床测试sib表示:「我们和其他集团向动物模型注入这些系统并看到正面响应

上头丝绸纳米粒子同时静脉注射eib设计这些保护药并控制药体的目的地因为我们用纳米粒子封装药物,纳米粒子流到血液泄漏点前,如固态肿瘤中词性酶和低pH触发纳米粒子分解交付抗癌药以及完全按需提供药物,这也减少非故意向别处交付药物造成的副作用

带药丝液凝胶和纳米粒子都由物理交叉绑定Seib还研究带二联化学交叉法以提供细胞疗法

阻抗粘合

研究丝绸水凝的另一个潜在应用是预防矫形外科手术后的痛苦粘合王晓琴中国大学工程学教授可生物降解丝-聚乙烯甘醇水凝支持伤口愈合并预防疤分组织与骨间粘合

产品目前中国临床测试象丝绸一样,PEG早已获准在人体内使用Wang丝绸-PEG水合板比纯丝绸水合板提高机械性能和稳定性,液化凝胶形式当丝质解法混合低分子量PEG解法温度凝胶过程控制Fibroins二次结构Wang解释道 :并开发出可注入水凝素 形成体内

未来几年里,经批准的丝绸医疗应用数预期会成倍增长,因为素材有独特的实用特征组合,特别是多功能性组合绝大多数丝绸 — — 但不是全部(见自然图上) — — 将由Bombyx莫里数千年前由祖先养殖的丝虫 已经大量提供科学家和工程师尚不具备制造合成聚合物的工具,该合成聚合物近似好或成本效益与自然生成的合成聚合物相仿Holland表示:「如果你把设计图解(丝绸图解)交给化学工程师并请求他们复制这些图解,

Nina Notman科学写作基础