新興生物墨水（Bioink）絲素蛋白（Silk fibroin）對於組織工程的應用前景

vivianlin

2023-06-27

絲素蛋白（Silk fibroin, SF）是一種具有廣泛應用價值的天然蛋白質聚合物，已被美國食品和藥物管理局（FDA）批准為生物材料之一。它擁有優異的機械性能、低敏性、生物相容性和可控的降解速率。最近，絲素蛋白在生物墨水領域的應用引起了人們的極大興趣。本文將介紹絲素蛋白的應用優勢，包括做為生物墨水其列印性能的改善、與其他材料的混合改良以及傷口癒合方面的優勢。

絲素蛋白作為生物墨水（Bioink )的優勢特性

機械性能：具良好機械性能，並可改良其他材料的特性，如混合海藻酸鈉（Sodium alginate, SA）得到較好機械性能。
熱穩定性：可高溫加熱到140℃都不會變質，其中家蠶萃取的絲素蛋白甚至可以耐高溫至250℃左右。
低敏、低生物毒性：降解與體內代謝不會產生毒性，且不會黏附傷口，製成的敷料為透明的，助於觀察傷口不會造成二次傷害。
用於製藥：調節藥物於體內釋放速率或當成吸入性藥劑的傳輸載體。（延伸閱讀：3D生物列印技術結合抗菌生物墨水：傷口護理的未來）
高度的生物相容性：其富含人體必需胺基酸，台灣的生命之星所研發的絲素蛋白，其富含18種氨基酸，並通過ISO 10993生物相容性的測試，是種醫療級的原料。
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更為環保：可用蛋白水解酶分解它，使醫療器材回歸自然，減少廢棄物。
防水、保濕、抗菌：以絲素蛋白做成的膜可以防水，且因無孔結構可有效地防止細菌透達到抗菌效果，並具良好的保濕效果，能有效地防止傷口乾燥。

由於以上特性，它相當適合做為生物墨水來開發醫療用途的產品。

絲素蛋白做為生物墨水的適印性

將絲素蛋白應用於生物墨水時，需要考慮其特殊特性。

須調整絲素蛋白的密度來改善對於不同3D生物列印機的適印性，例如將絲素蛋白與甲基丙烯酸酯化處理，可以變得更適合應用在DLP列印的方法上。
與其他材料的混合改良：為了克服絲素蛋白生物墨水在細胞結合和黏稠度方面的限制，學者們進行了混合改良的研究。例如，將絲素蛋白與海藻酸鈉（Sodium alginate, SA）混合，不僅改善了海藻酸鈉的機械特性，還彌補了絲素蛋白缺乏細胞結合位點的缺陷。這種改良後的生物墨水不僅能夠促進細胞增生和分化，還具有更好的列印性能。

絲素蛋白在傷口癒合中的應用

絲素蛋白作為生物材料在傷口癒合方面表現出卓越的效果。在2017這篇研究結果顯示[2]，在動物模型和單盲的人體臨床試驗中，絲素蛋白膜比商品化的人工敷料能夠更安全(無不良反應產生)且有效地促進傷口的癒合。這項研究結果開啟了絲素蛋白在臨床應用中的遠景。

絲素蛋白生物墨水在組織工程領域中具有巨大的潛力。通過適當改良的生物墨水，可更適合做為3D生物列印的材料，未來，隨著對絲蛋白及列印技術的深入研究，我們有望看到絲素蛋白生物墨水在組織工程領域中的更廣泛應用。

參考文獻：

[1] Silk fibroin: a smart biomaterial for long term and targeted nanotherapeutics. 2016.
[2] Silk Fibroin Biomaterial Shows Safe and Effective Wound Healing in Animal Models and a Randomized Controlled Clinical Trial. 2017.
[3] Silk Fibroin Bioinks for Digital Light Processing (DLP) 3D Bioprinting. 2020.
[4] Silk Fibroin Bioink for 3D Printing in Tissue Regeneration: Controlled Release of MSC extracellular Vesicles. 2023.
[5] https://www.lifestar.com.tw/article2_detail/29