絲素蛋白(SF)來源于蠶絲的脫膠處理,是一種由多種氨基酸組成的高分子聚多肽。SF具有良好的生物相容性、可生物降解性、高拉伸強度等特點,已被用于各種生物醫學領域,包括傷口敷料、人造血管、細胞培養等。其已被美國食品藥品管理局(FDA)所認證,是一種極具潛力的生物材料。
絲素蛋白因自身的高度結晶性而無法在水中溶解,這種疏水特性使其與水凝膠等親水體系復合時難以得到均勻結構。
絲素蛋白溶液為半穩態膠體溶液,可以通過剪切力、超聲、溫度、有機溶劑等誘導凝膠化,相比其他基于絲素蛋白水凝膠的成膠方式,雙鍵改性的甲基丙烯酰化絲素蛋白(SilMA)的光固化交聯方式便攜化高,且凝膠內部均一性好。為方便大家進行相關內容的學習,分別從理化性能、性能展示以及產品應用三方面對SilMA進行概述性介紹,讓感興趣的研究人員更懂SilMA水凝膠。
1、理化性能
甲基丙烯酰化絲素蛋白(SilMA)是通過甲基丙烯酸縮水甘油酯對SF進行甲基丙烯酰化改性,在SF分子上引入雙鍵。由于SF分子特殊的空間結構,其在改性前極易形成結晶而難溶于水。引入額外的化學基團后,其可在水中快速溶解,這使SilMA可被光固化為水凝膠。
圖1 EFL-SilMA-001不同濃度流變學特性:(A)光固化過程;(B)固化后儲能模量;(C,D)黏度,純水及蜂蜜作參考
2、性能展示
1、生物性能
通過改變SilMA水凝膠前驅體濃度和光照強度,可調整成膠強度,實現二/三維培養環境下細胞的正常增殖。
圖2 EFL-SilMA-001水凝膠人靜脈內皮細胞培養
2. 3D打印性能
EFL-SilMA-001水凝膠固化迅速且具有可調的機械性能,其在投影式光固化3D打印(DLP)應用上呈現優秀的成型效果。配合EFL團隊研發的EFLBP8601 Pro系列光固化生物3D打印機,可輕松實現SilMA的復雜結構制造。
圖3 利用光固化生物3D打印機(EFL-BP8601 Pro)打印的SilMA凝膠結構
3、產品應用
與絲素蛋白基水凝膠相關的再生醫學應用層出不窮,涉及組織工程、生物3D打印等多個領域。
1、組織工程
相比其他材料,SF基生物材料具有更多無法比擬的優勢,包括優異的細胞相容性、獨特的機械性能、無毒副降解產物和可控的生物降解性以及理想的可加工性,在生物醫學領域得到了廣泛的研究和應用[1]。
2、生物3D打印
絲素蛋白(SF)創建的生物墨水SilMA可用于組織工程中的光固化生物3D打印。這種SilMA生物墨水能夠構建高度復雜的器官結構,具有良好的結構穩定性和可靠的生物相容性。SilMA生物油墨適合用于DLP打印過程,并可根據特定的生物要求應用于組織和器官工程[2]。
參考文獻:
[1] Zhou Z, Cui J, Wu S, Geng Z, Su J. Silk fibroin-based biomaterials for cartilage/osteochondral repair. Theranostics 2022; 12(11):5103-5124.
[2] Kim, S.H., Yeon, Y.K., Lee, J.M. et al. Precisely printable and biocompatible silk fibroin bioink for digital light processing 3D printing. Nat Commun 9, 1620 (2018).
