海藻糖助力，探寻丝素蛋白的奇妙世界

提到蚕丝想必大家都不陌生，蚕丝（Silk），别名天然丝，指由蚕分泌的黏液所形成的纤维。但是蚕丝的结构大家了解吗？蚕丝是由内层的丝素蛋白（Silk fibroin,SF）和外层的丝胶蛋白组成。丝素蛋白是一种天然高分子蛋白，在蚕丝中的含量约为70%～80%，不仅成分丰富，还蕴藏着无限潜力。[1]

2024-09-23 14:21:07艾尔法421

（图片来源于网络，侵删）

接下来跟着小编一起从丝素蛋白的初步印象出发，逐步揭开其神秘面纱，领略它在生物医药领域的卓越表现吧。

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丝素蛋白初印象

SF由18种氨基酸组成，甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、丝氨酸（Ser）这三种氨基酸是组成丝素蛋白的主要成份，能占到SF总蛋白含量的85%，与人体的角朊（皮肤和头发的主要成份之一)成份十分相似。蚕丝中的SF主要在生物医药中发挥作用，而丝胶蛋白则会引起异常免疫反应，因此，在SF的应用中要尽可能的去除丝胶蛋白。

除此之外，国家也在支持丝素蛋白的发展，SF被国家纳入“十四五”规划的重点研发计划的“诊疗装备与生物医用材料”重点项目中，由此可见，丝素蛋白在生物医药领域的再生生物材料中将会有广泛的应用前景。

那么丝素蛋白究竟为何会受到重视呢？接下来，让我们一探究竟，了解丝素蛋白究竟是凭借何种优势，成为众多生物材料中的闪亮明星。

丝素蛋白优势揭秘

具备优良的力学性能：丝素蛋白材料的强度和刚度由Silk II决定,而延展性和柔韧性由Silk I控制，Silk I包括α螺旋及其他非β-折叠的构象，而Silk II结构主要指反向平行的β-折叠构象，反平行β折叠能量上处于最低状态,稳定且不溶于水。在纳米微纤中，β微晶作为物理交联点在拉伸过程中承担主要拉力,而无定形链的存在又赋予其柔性。这种无定形链连接β微晶节点形成的拓朴网络结构，使得纳米微纤拥有比自然界其他物质更柔韧、坚固的力学性能。[2]

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

优良的生物相容性：SF作为天然高分子纤维蛋白, 降解产物无不良反应, 植入机体或动物组织中无潜在安全危害, 无炎症现象等免疫应激反应, 与细胞、组织有良好的生物相容性。现已被制成丝素蛋白纤维、丝素蛋白膜、纳米粒、水凝胶等多种形式材料。[3]有研究表明丝素蛋白纤维在体外并不刺激巨噬细胞释放肿瘤坏死因子, 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作为一种蛋白质, 易被糜蛋白酶、链酶蛋白酶、羧化酶等水解降解，最终降解产物是相应的氨基酸, 在体内易被吸收。SF在体内缓慢降解、吸收，吸收速率可通过改变环境因素（如植入部位、机械环境、患者健康和生理状态）以及改变丝素的二级结构起到控制作用。除此之外，SF也可通过其他方式降解, 如γ射线，随辐照强度的增加, 丝素多肽键合能力减弱, 丝素蛋白β-折叠结构减少, 使降解产物中低分子质量蛋白的释放增多, 丝素蛋白的生物降解能力增强。[3、5]

丰富的可调控性：SF除了以纤维状态存在之外，还可被加工成颗粒状、薄膜状、微球体、块材等，产品形式多样。

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丝素蛋白应用展风采

丝素蛋白的多样性和可调控性使其可以应用于各种领域，包括骨科、整形、生物医疗和化妆品等领域。

在药物递送领域，丝素蛋白微球因其低免疫原性和可调节的药物释放速度而受到关注。丝素蛋白微球的创新应用，为药物递送提供了全新的视角，这种高比表面积的微球在免疫治疗中的潜力也令人瞩目。

药物载体丝素蛋白微球新势力

天然、合成及半合成高分子是当前制备纳微米球的主要材料来源。合成高分子制备的聚乳酸(Polylactic acid,PLA)及聚乳酸-羟基乙酸共聚物(Polylactic acid-glycolic acid,PLGA)纳微米球在当前上市制剂中仍是主流, 已被美国FDA批准作为药物控释载体因为材料本身具有良好的生物相容性、可控的生物降解性。[6]但由于其有机溶剂添加、超声功率输出均会对包埋药物的活性和稳定性有影响，有机溶剂残留存在潜在风险，且不利于亲水性药物的装载，降解的酸性物质也会引起体内的炎症反应，因此正在尝试使用高分子材料代替。[7]

SF微球具有超高的比表面积，其表面能够负载更多的药物，因此在药物递送相关领域也在逐渐引起关注。Lei等人开发了一种装载有抗原和免疫佐剂的可注射SF微球，只需注射一次就能对已形成的肿瘤产生抑制效果。疫苗的大孔结构能够有助于免疫细胞的募集，促进树突状细胞（DCs）的激活，从而产生良好的免疫微环境，进一步诱导强烈的体液免疫和细胞免疫。[8] SF微球不仅具备其他微球的理化性能，而且还具备较低的免疫原性。因此SF微球的研究成为递送领域的新趋势。

但是SF微球大批量生产对生产工艺的稳定性要求极高。赵文静等人在化妆品方向上发明了一种载活性成分的丝素蛋白/HA复合载体微球，解决了苏素蛋白微囊机械性能较差、易突释、活性成分稳定性较差和其冻干粉复溶时间长的问题，提高了稳定性。对其冻干粉成分进行分析，里面除了化妆品活性成分、丝素蛋白以及HA之外，还包括EDC以及冻干保护剂，EDC主要作为脱水剂，冻干保护剂由质量比为1：1的海藻糖与甘露醇复配而成。

这些冻干保护剂在丝素蛋白微球冻干产品中又发挥着什么样的作用？

冻干守护者

甘露醇是一种糖醇，通常由甘露糖还原而来，具有良好的保护性能和保水性能。在冻干过程中，甘露醇可以保护产品的结构和功能不受到氧化、水解、酸化等影响，适用于冻干药品领域。甘露醇对蛋白质的保护作用与其浓度、形态结构有关，而其浓度与结晶形态有时呈一定的关联性。通常认为无定型甘露醇具有使蛋白质稳定的作用而结晶态的甘露醇则失去保护功能；1%或更低浓度的甘露醇通过无定型结构的形成而阻止蛋白质药物的聚集，但是高浓度的甘露醇则易于形成结晶态而促进蛋白质药物的聚集。

海藻糖是一种由两个葡萄糖分子通过糖苷键连接而成的非还原性二糖，能够保护生物大分子如蛋白子、核酸等，具有较高的玻璃化转化温度，更不容易形成冰晶，延长了储藏期限，保证制品品质，同时控制储运成本；除此之外，海藻糖海藻糖在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣条件下，它可以和蛋白质的极性基团形成氢键，以维持蛋白质的构象，从而保护了其生理活性。因此海藻糖在生物医药产品中的应用比较广泛，也是常见的冻干保护剂。

tyc122cc太阳成集团（上海）医药科技有限公司的海藻糖（海保-99）具有超低内毒素（实测值<0.1IU/g）、无菌的品质高特点，满足生物制品，血液制品和脂质体等各种高端注射剂开发需求。现已获得登记号（F20190000452），DMF号（34401），助力客户制剂产品中外申报（符合各国药典标准Chp,USP,JP,EP ）。具有超高性价比，可显著提高客户终端产品的竞争优势。