丝素蛋白（Silk Fibroin）是从蚕茧中提取的一种天然高分子蛋白材料，具有优良的生物相容性、生物可降解性和机械性能。丝素蛋白的应用广泛，涵盖生物医学、食品和高科技领域。在生物医学领域，它被用于组织工程、药物递送系统、生物传感器和可植入设备等。
在本研究中，
美国塔夫茨大学David L. Kaplan教授和美国陆军外科研究所Kristo Nuutila研究员
研发了一种基于蚕丝蛋白的喷雾系统，通过双腔喷雾装置将丝素蛋白与PEG进行混合，用于急性烧伤伤口的管理。
该系统能够即时为不同大小和形状的伤口提供保护性水凝胶涂层，并可携带治疗剂，特别适用于战场等紧急情况下的烧伤处理。研究通过模拟自然蚕丝纺丝过程，开发出一种便携式、现场适用的喷雾系统，能够快速有效地为烧伤伤口提供保护和治疗。这种基于蚕丝蛋白的喷雾系统在紧急医疗使用中表现出色，为功能性生物材料的发展提供了新的方向。
1.主要内容
图1 喷雾涂层的设计原理
喷雾通过一个便携式双腔喷雾装置制备，将蚕丝蛋白溶液与聚乙二醇（PEG）溶液以1:1体积比混合后喷出。
在喷雾过程中，PEG与蚕丝蛋白相互作用，促使蚕丝蛋白从随机卷曲结构转变为β-折叠结构，并在剪切力的作用下形成交织的纤维网络，瞬间生成稳定的水凝胶涂层。
这种涂层能够快速附着在伤口表面，提供即时保护，同时具备良好的组织粘附性、抗菌性能和生物相容性。实验表明，该喷雾系统不仅能显著加速烧伤伤口的愈合，还能有效减轻炎症反应，减少疤痕形成，展现出在烧伤急救和伤口护理中的巨大应用潜力。
图2 蚕丝蛋白与PEG的结构转变
通过分子动力学（MD）模拟，研究发现PEG与蚕丝蛋白结合后，蚕丝蛋白从随机卷曲结构转变为更紧凑的β-折叠结构。实验中，傅里叶变换红外光谱（FTIR）也证实了PEG诱导的β-折叠转变，
表明PEG与蚕丝蛋白之间存在较强的相互作用，这种结构转变是形成水凝胶的关键。
图3 喷雾涂层的机械性能、形态、结构形成及抗菌效果
结果显示，喷雾形成的蚕丝/PEG水凝胶涂层具有良好的组织粘附性，与猪皮的粘附强度和界面韧性与商业粘性敷料相当。扫描电子显微镜（SEM）图像揭示了涂层的交织纤维网络结构，其纤维直径在微米级别。此外，
喷雾涂层对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）展现出显著的抗菌活性，有效率分别达到99.3%和97.3%，表明其在伤口护理中的潜在应用价值。
图4 体外细胞增殖、迁移和血管生成实验
实验表明，含有血管内皮生长因子（VEGF）的喷雾涂层能显著促进人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的迁移和增殖，并增强血管生成。细胞活性实验显示，喷雾涂层对细胞无毒性，且在21天的培养期内保持良好的生物相容性。这些结果表明，蚕丝基喷雾涂层能够为伤口愈合提供良好的微环境。
图5 烧伤深度评估与炎症细胞因子分析
通过猪深二度烧伤模型评估了喷雾涂层对烧伤深度和炎症反应的影响。结果显示，与未处理组和其他对照组相比，喷雾涂层处理的烧伤深度显著降低，表明其能有效减轻烧伤进展。此外，
喷雾涂层显著降低了炎症细胞因子IL-1β和IL-8的表达水平，这有助于调节炎症反应，促进伤口从炎症阶段向增殖阶段的过渡，从而加速愈合过程。
图6 烧伤愈合和质量评估
宏观上，喷雾涂层处理的伤口在14天内显著恢复，21天后伤口表面平坦光滑，接近正常皮肤。微观上，喷雾涂层促进了肉芽组织形成和上皮再生，加速了再上皮化过程。此外，喷雾涂层处理的伤口在21天后展现出更高的表皮厚度和更密集的毛囊，表明其在促进成熟新生表皮形成方面具有显著优势。这些结果表明，喷雾涂层是一种有效的烧伤治疗选择。
2.全文总结
本文介绍了一种基于蚕丝蛋白的喷雾系统，用于急性烧伤伤口的紧急处理。该系统通过模拟天然蚕丝的纺丝过程，将蚕丝蛋白溶液与聚乙二醇（PEG）溶液混合后喷出，瞬间形成具有保护性的水凝胶涂层。这种涂层不仅能够快速附着在伤口表面，提供即时保护，还具备良好的组织粘附性、抗菌性能和生物相容性。实验表明，该喷雾系统显著
加速了烧伤伤口的愈合，减轻了炎症反应，并减少了疤痕形成
。
其便携性和多功能性使其在烧伤急救和伤口护理中展现出巨大的应用潜力，为烧伤治疗提供了一种创新的解决方案。
3.关于作者
David L. Kaplan 是美国塔夫茨大学（Tufts University）生物医学工程系的杰出教授，同时也是该系的系主任。他在生物材料领域拥有超过30年的研究经验，尤其在蚕丝蛋白的生物医学应用方面取得了开创性成果。Kaplan教授的研究团队专注于开发基于蚕丝蛋白的新型生物材料，这些材料因其优异的生物相容性、机械性能和可降解性，在组织工程、再生医学、药物递送以及伤口护理等领域展现出巨大的应用潜力。他发表了超过600篇学术论文，拥有众多专利，并多次获得国际奖项，是生物材料领域的领军人物。
参考资料：
https://doi.org/10.1002/adfm.202422888
来源：
EngineeringForLife
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