蚕丝丝素多肽结构调控与其止血性能关系的研究

The development of an efficient, rapid acting, safe, cheap hemostatic biomaterial is identified as the most important unmet need in clinical surgery and first aid. In this study, the fibroin peptide are prepared through controlled hydrolysis of silk fibroin and the effects of different preparation techniques on the composition and structure of fibroin peptide are investigated based on the fact that the low molecular weight fibroin peptide derived from silkworm Bombyx mori has excellent hemostatic property in our previous study. The control method of the molecular weight and structure of fibroin peptide and the relationship among the molecular weight, structure, composition and hemostatic property are investigated. Furthermore, the hemostatic mechanism of fibroin peptide and the development of the fibroin peptide-based hemostatic biomaterials for different wound contours are studied. Our research will not only provide a new rapid acting hemostatic biomaterial, but also clarify the relationship between the structure and property of peptide-based biomaterial. We will control the structure of fibroin peptide effectively and establish the theory for the preparation of the fibroin peptide-based biomaterial for practical application. Our research will apply an approach to overcoming the shortcomings of other hemostatic biomaterials such as slow hemostasis speed, serious side effect, poor biocompatibility and expensive price.

开发高效、快速、安全、经济的止血材料是临床手术、急救中急需解决的关键难点。本项目在前期研究发现低分子量蚕丝丝素多肽具有良好止血性能的基础上，拟从蚕丝丝素蛋白的可控水解着手，研究不同制备技术对蚕丝丝素多肽的成分与结构的影响，探索蚕丝丝素多肽分子量和结构的调控方法，构建分子量分布、结构、成分和止血性能四者之间的关系，阐明蚕丝丝素多肽的止血机制，研制适用于不同创面的蚕丝丝素多肽快速止血材料。本项目不仅为新型快速止血材料研究提供了新思路，而且还能通过对蚕丝丝素多肽结构的深入研究，加深对多肽生物材料的结构与功能之间的关系的理解，实现多肽结构的有效调控，为制备具有实际应用价值的蚕丝丝素多肽止血材料奠定理论基础，为解决现有的止血材料存在止血速度慢、副作用较大、生物相容性差、价格昂贵等问题做出贡献。

开发一类经济、高效、快速、安全的止血材料是临床手术急救中需解决的关键和难点。本项目从丝素蛋白的水解入手，研究不同制备技术对丝素多肽的成分与结构的影响，研究不同分子量分布的丝素肽的止血性能，开发丝素多肽快速止血材料，研究该类材料的止血性能和生物相容性等性能。研究表明，以CaCl2-乙醇-水为水解液，随着水解温度的提高和水解时间的延长，丝素肽的分子量降低，聚集态结构以无规卷曲为主，存在少量的β-折叠结构，主要氨基酸组分包括丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸和酪氨酸四种，其组分及含量与水解温度和水解时间无明显关联。以磷酸溶液为水解液酸解丝素肽的分子量明显降低，主要分布在3.8~12.6kDa，聚集态结构为无规卷曲。以氢氧化钠为水解液碱解丝素肽的分子量较低，分布集中在3.6~18.9kDa，丝素肽的聚集态结构为无规卷曲。采用碱性蛋白酶、复合风味酶、复合蛋白酶和胃蛋白酶水解丝素蛋白，获得更小分子量、水溶解性更好的丝素肽。碱性蛋白酶解丝素肽和复合风味酶解丝素肽是以α-螺旋结构为主，还包含无规卷曲结构；复合蛋白酶解丝素肽和胃蛋白酶解丝素肽主要包含无规卷曲结构。通过凝血弹性描记测试、大鼠肝脏创伤止血模型和体外细胞毒性实验表征丝素肽的止血性能、生物相容性和体外细胞毒性。结果表明，高分子量盐解丝素肽具备与临床广泛使用的快速止血粉Arista®相近的止血性能，而低分子量盐解丝素肽、酸解丝素肽和碱解丝素肽则无显著的止血性能，碱性蛋白酶解丝素肽止血效果较好，复合风味酶解丝素肽次之。各种水解方法制备的丝素肽对细胞的生长繁殖无毒副作用。. 本项目通过对丝素多肽结构的深入研究，加深对蛋白生物材料的结构和功能之间的关系的理解，为制备具有实际应用价值的丝素多肽止血材料奠定理论基础。四年来，本项目研究严格按照计划进行，完成了预定的全部研究内容，取得了预期的结果。本项目共发表了15篇论文，其中SCI 收录13篇，国内核心期刊2篇，申请1项国家发明专利，参加1次国际会议，发表1篇国际会议论文，培养了3 位博士生和11 位硕士研究生。