蜘蛛丝在生物学中的作用

使用蜘蛛丝用于伤口愈合的理论可以追溯到古罗马，并因其在许多其他生物学应用中的有用性而受到严格的评价。

为什么是丝？

丝是一种纤维蛋白，可在各种昆虫腺体周围的特殊上皮细胞中合成。最常见的丝来源包括鳞翅目的蠕虫，其中包括螨、蝴蝶和蛾等生物，以及蜘蛛纲的几个成员，其中包括3万多种不同种类的蜘蛛。

虽然丝是一个通用的术语，用来描述昆虫纺丝的任何类型的蛋白质纤维，但一种特定昆虫丝材料的物理、化学和生物特性取决于该材料来源的种类。

在自然界中，由丝素聚合物组成的β薄片的紧密包装为网的形成、筑巢、安全线、卵保护、茧的形成和陷阱的建造提供了支持。

自然界中协助蠕虫和蜘蛛相同的力学特性促使研究人员将这些蛋白质整合到各种生物材料中。丝除了具有独特的强度和弹性外，还具有环境稳定、非免疫原性、生物可吸收性、生物相容性、生物可降解性、形态柔性等特点，可以通过修饰氨基酸侧的改变来固定生长因子。

获得蛛丝

原始蜘蛛种类的特定氨基酸序列和运动决定了任何蜘蛛丝蛋白的组成。最近关于蜘蛛丝独特的物理特性的研究，已经引起人们越来越多的兴趣将这些蛋白质用于不同的生物学应用。

蜘蛛可获得的丝产量可达12至137米，远低于一只家蚕所能获得的600至900米。

为了提高生产速度，研究人员利用重组DNA技术(RDT)人工生产蛛丝。蜘蛛丝的一些独特的特点包括高弹性，抗拉强度和轻质性能。

生物学应用 -- 伤口愈合

皮肤作为人体最大的器官，为人体内部器官抵御环境危害和有害病原体提供了外部屏障。当皮肤伤口出现时，形成一个空洞，损害皮肤组织正常健康的结构和功能。

当皮肤的自我修复能力不足以应付严重的伤口，如糖尿病性溃疡、烧伤或其他深度伤口时，可以使用外科治疗或生物活性敷料。

蜘蛛丝已显示出独特的潜力，在广泛的伤口愈合应用。在最近的时间里，当应用于离体皮肤模型，天然蜘蛛丝纤维被发现显著地改善了表皮层的发育，支持纤维的角质化。敷在烧伤伤口上在体内，蜘蛛丝展示了极好的伤口愈合能力。

除了消除炎症反应方面的任何不良反应外，蜘蛛丝伤口敷料的自然降解，也消除了给患者换药所带来的痛苦。

蜘蛛丝纤维的伤口愈合潜力随后导致其用于生物相容性缝合，在眼，神经和心血管手术中，以关闭/结扎各种软组织。

尽管蜘蛛丝的抗拉强度很高，但这种材料的抗菌性能有限。因此，蜘蛛丝缝线必须经常使用不影响丝纤维的韧性、结强度、表面摩擦或生物相容性的抗菌剂处理。

除了被用作蜘蛛丝抗菌涂层的传统抗生素外，还探索了类似人源性抗菌肽的替代物质。

组织工程

用于组织工程的生物材料必须谨慎选择，从而能够纳入为建立功能组织而指导细胞迁移、粘附和分化所需的物理、化学和生物线索。此外，用于这一目的的生物材料的降解速度必须与新的组织形成和所有用于沉积新的细胞外基质(ECM)的材料相称。

许多对组织的组装和维持至关重要的机制是细胞粘附。由于丝状聚合物(SLPs)可以在遗传水平上被操纵，因此可以引入纤维连接蛋白等生物活性结构域，以提高这些生物材料的生物学性能。

纤维连接蛋白是一种多功能和多结构域。糖蛋白它通过与ECM内不同的整合素受体结合，在各种细胞过程中发挥重要作用。在三种不同类型的纤维连接蛋白中，纤维连接蛋白Ⅱ(FNII)是基质金属蛋白酶-2(MMP-2)和基质金属蛋白酶-9(MMP-9)中的典型蛋白质，它们与细胞粘附和胶原结合活性增强有关。

在2017年的一项研究中，研究人员将蜘蛛拖丝蛋白(6 Mer)的 DNA 序列与 FNII 编码序列进行了基因融合，以创造一种新型的非细胞毒性丝质生物聚合物混合物。

除了以比其他功能化6聚体蜘蛛丝蛋白高10倍的产量高效生产生物材料外，研究人员还发现，嵌合6mer+ FNII 材料具有与其他生物聚合物(如聚乳酸 PLA )、丝素蛋白与类人重组胶原蛋白和重组蜘蛛丝膜相媲美的独特力学性能。

这种生物材料在评估时对正常人皮肤成纤维细胞没有任何细胞毒性。离体在此模型中还发现有促进细胞粘附的作用。

更多资料：

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