丝素蛋白材料生物降解行为的研究

论文摘要

丝素蛋白具有良好的生物相容性,但作为组织工程支架等生物医用材料时,生物降解性能是一项很重要的性能指标。因此,需要深入研究影响丝素材料生物降解行为的因素及调控生物降解速率的途径。本文重点针对皮肤真皮组织的生理环境,选择真皮组织内存在的具有代表性的胶原酶IA作为体外催化丝素材料水解的模型酶,并结合体内实验,探讨丝素蛋白材料的原料种属、分子量及交联度对其生物降解行为的影响规律,为丝素蛋白材料用作皮肤组织再生支架时,调控其生物降解性能提供依据。首先,在同一条件下溶解家蚕、柞蚕和天蚕丝素纤维,用冷冻干燥法分别制得丝素多孔材料。对材料内丝素的二级结构分析表明,家蚕丝素多孔材料中无规卷曲结构的相对含量最高,柞蚕丝素多孔材料中无规卷曲结构的相对含量最少。体外,用胶原酶IA的缓冲液（pH 7.4,37℃）对材料进行降解实验,同时,将材料植入SD大鼠背部的真皮缺损部位,进行体内实验,结果都表明,家蚕丝素多孔材料降解最快,柞蚕丝素多孔材料降解最慢。经胶原酶IA溶液降解后,家蚕丝素多孔材料降解产物中的游离氨基酸和小分子量多肽含量明显高于柞蚕和天蚕丝素多孔材料。说明来源于不同种属的蚕丝丝素,其生物降解行为有显著的差异。其次,分别用LiBr、Ca（NO3）2和CaCl2溶解家蚕丝素纤维,经测试和分析表明,所制得的丝素蛋白中低分子量多肽含量的顺序是:CaCl2溶解法>Ca（NO3）2溶解法>LiBr溶解法。对相应的丝素多孔材料体外酶降解实验结果表明,丝素材料内丝素蛋白中低分子量多肽含量越多,则降解速率越快,降解产物中游离氨基酸含量越高,丝素蛋白的分子量对材料的降解速率有显著影响。将三种相应的多孔材料植入SD大鼠背部真皮缺损部位的体内降解实验结果与体外降解实验结果一致。因此,通过调节丝素蛋白的分子量分布,可以调控丝素材料的生物降解速率。进一步,用京尼平作为交联剂,制得交联度不同的家蚕丝素膜,研究表明,膜的交联度越大,则其内部的β-折叠结构含量越多。经体外降解实验表明,若丝素膜的交联度增大,则其降解速率显著减慢,降解产物中的游离氨基酸含量相应减少,膜的交联度对其生物降解速率有显著影响。将丝素膜植入大鼠皮下28天后,尽管大多数丝素膜比较完整,但交联度较低的丝素膜已经出现明显的降解。通过本文的研究,揭示了丝素材料的原料种属、分子量及交联度与其生物降解速率之间的关系,将有助于用作皮肤等组织修复重建的丝素支架的原料选择及制备工艺设计,使其生物降解速率与组织的新生速率相匹配。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 蚕丝丝素蛋白的结构与性能
• 1.1.1 家蚕丝素蛋白
• 1.1.2 柞蚕丝素蛋白
• 1.1.3 天蚕丝素蛋白
• 1.2 丝素蛋白在生物医学领域的应用
• 1.3 丝素蛋白材料生物降解性能的研究概况
• 1.4 皮肤组织内含有的主要蛋白质水解酶
• 1.5 本文的研究目的和主要内容
• 第二章 家蚕与野蚕丝素多孔材料生物降解行为的比较研究
• 2.1 材料与方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 家蚕及野蚕丝素蛋白的分子量分布
• 2.2.2 家蚕及野蚕丝素多孔材料降解前的结构分析
• 2.2.3 家蚕及野蚕丝素多孔材料在酶降解过程中的质量变化
• 2.2.4 家蚕及野蚕丝素多孔材料在酶降解过程中的形态变化
• 2.2.5 家蚕及野蚕丝素多孔材料在酶降解过程中的结构变化
• 2.2.6 家蚕及野蚕丝素多孔材料降解残留物和降解产物的氨基酸组成
• 2.2.7 降解产物的聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 2.2.8 体内降解的大体观察
• 2.2.9 体内降解程度
• 2.3 本章小结
• 第三章 分子量对家蚕丝素多孔材料生物降解行为的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同溶解方法获得的家蚕丝素蛋白的分子量分布
• 3.2.2 降解前丝素多孔材料的结构分析
• 3.2.3 多孔材料在酶降解过程中的质量变化
• 3.2.4 多孔材料在酶降解过程中的形态变化
• 3.2.5 多孔材料在酶降解过程中的结构变化
• 3.2.6 多孔材料酶降解残留物和降解产物的氨基酸组成
• 3.2.7 降解产物的聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 3.2.8 体内降解的大体观察
• 3.2.9 体内降解程度
• 3.3 本章小结
• 第四章 交联度对家蚕丝素膜生物降解行为的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 丝素膜的交联度
• 4.2.2 降解前膜的结构分析
• 4.2.3 丝素膜在酶降解过程中的质量变化
• 4.2.4 丝素膜在酶降解过程中的形态变化
• 4.2.5 丝素膜在酶降解过程中的结构变化
• 4.2.6 丝素膜降解残留物和降解产物的氨基酸组成
• 4.2.7 丝素膜降解产物的聚丙烯酰胺凝胶电泳
• 4.2.8 体内降解的大体观察
• 4.2.9 体内降解程度
• 4.3 本章小结
• 第五章 结语
• 5.1 全文结论
• 5.2 本文主要研究成果
• 5.3 今后进一步的研究计划
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢