功能化丝胶蛋白作为多功能交联剂在PHEMA水凝胶多孔支架和致密片材中的医学应用潜力

本研究针对传统水凝胶在组织工程和伤口愈合中机械性能与生物相容性难以平衡的问题，创新性地将乙烯基功能化丝胶蛋白(SSC)作为交联剂引入聚(2-羟乙基甲基丙烯酸酯)(PHEMA)体系。通过冻干法和模塑法制备的C-PHEMA/1.25SSC多孔支架展现出10-60μm的优化孔径、160%的溶胀率和70%以上的NHDF细胞活性，其致密片材更具备理想的粘弹性(tan delta)。该研究为开发兼具可调力学性能和生物活性的医用材料提供了新策略。

　　

在生物医学工程领域，模仿细胞外基质(ECM)特性的水凝胶一直是研究热点。这类材料的高含水率和三维网络结构，使其成为组织再生和慢性伤口修复的理想载体。然而，传统合成水凝胶往往面临两难困境：增强机械性能会牺牲生物活性，而提高生物相容性又可能导致结构稳定性不足。特别是用于压力性溃疡治疗的片状水凝胶，需要同时满足弹性、抗压强度和促愈合功能；用于组织再生的多孔支架则需平衡孔径分布与细胞亲和力。

针对这些挑战，来自泰国的研究团队创新性地利用天然蛋白——丝胶蛋白(SS)进行化学改性，开发出乙烯基功能化丝胶蛋白交联剂(SSC)，并将其与合成聚合物聚(2-羟乙基甲基丙烯酸酯)(PHEMA)结合。丝胶蛋白作为蚕丝中富含18种氨基酸的天然组分，其固有的生物活性、抗氧化性和促细胞增殖能力已得到广泛验证。研究人员通过烯丙基缩水甘油醚(AGE)在锌催化下对SS进行乙烯基功能化，使其末端羧基和胺基转化为可参与自由基聚合的活性位点，从而创造出能同时提供共价交联点和生物活性的多功能交联剂。

研究采用双交联策略，将SSC与传统交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAAm)配伍，通过氧化还原引发体系制备了系列水凝胶。其中多孔支架采用冻干法成型，致密片材则通过模塑法制备。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实了PHEMA与SSC的成功共聚，特征峰位移表明-C=O与-NH间形成了氢键网络。扫描电镜显示，含1.25% SSC的支架(C-PHEMA/1.25SSC)孔径(10-60μm)显著小于纯PHEMA支架(60-220μm)，这种微结构优化为细胞附着提供了更大比表面积。

材料与方法
研究采用泰国Tak省的蚕茧提取丝胶蛋白，经AGE改性获得SSC交联剂。通过核磁共振(NMR)验证改性效果后，将不同浓度SSC(1.25%、2.50%、5.00% w/v)与HEMA单体、MBAAm在APS/TEMED引发下聚合。多孔支架经冻干制备，致密片材采用模具成型。使用NHDF细胞系评估细胞毒性，通过流变仪测试粘弹性，并系统表征溶胀率、降解行为等参数。

Results and discussion
溶胀测试显示，SSC的引入使水凝胶溶胀率提升至160%，且呈现浓度依赖性。这种特性源于SSC亲水氨基酸残基带来的额外吸水位点，同时FTIR证实其与PHEMA形成了稳定的氢键网络。降解实验表明，含SSC的样品在PBS中呈现可控降解模式，21天后质量保留率仍达60%，优于纯PHEMA的快速崩解行为。

细胞实验揭示出有趣的"浓度窗口效应"：仅含1.25% SSC的支架能维持NHDF细胞70%以上的存活率，并显著促进细胞铺展；而更高浓度(2.50%、5.00%)则表现出细胞毒性。这种双相效应可能与SSC过量时产生的活性氧积累有关。基于此，研究者选择C-PHEMA/1.25SSC配方制备致密片材，其tan delta值优化表明能量耗散能力增强，这对承受周期性压力的伤口敷料至关重要。

Conclusions
该研究证实功能化丝胶蛋白可作为PHEMA水凝胶的理想生物交联剂，在1.25% w/v浓度下能协同改善材料的力学性能、降解行为和细胞响应。C-PHEMA/1.25SSC组合物展现出适合组织工程支架的微结构(10-60μm孔径)和作为伤口敷料所需的粘弹性(tan delta≈0.3)。这种将天然蛋白活性与合成聚合物稳定性相结合的策略，为开发下一代多功能医用材料提供了新范式，特别适用于需要兼顾机械强度与生物活性的慢性伤口修复和组织再生领域。

研究的重要意义在于：首次系统阐明了SSC在PHEMA体系中的"浓度-性能-生物效应"关系，确立了1.25% w/v的最佳配比；开发出可同时满足多孔支架和致密片材需求的通用配方；通过化学改性天然蛋白的策略，为克服合成生物材料的局限性提供了普适性方法。这些发现已发表于《European Polymer Journal》，为后续开发智能响应型医用凝胶奠定了基础。