丝素蛋白（SF）因其来源充足，且具有优异的力学性能、生物相容性和可调的生物降解性，使其在生物医学领域具有广阔的应用前景。然而，利用天然蚕丝难以直接制备出除纱线、织物和非织造布等形式外的材料类别，从而限制了其在生物医学领域中的广泛应用。为解决上述难题，人们提出了一种较有前景的仿生加工策略，即先从天然蚕丝中提取出期望获得的丝素蛋白结构基元（自上而下），然后将相应结构基元重构为各种形貌和微观结构特征可控的再生丝素蛋白（RSF）功能生物材料（自下而上）。此仿生构筑策略可赋予SF优异的可加工性和可修饰性，可很好地满足生物医学应用中对材料形式和功能的多样化需求。近年来，为了使RSF材料的综合性能达到甚至超越具有多层级结构的天然SF，东华大学纤维材料改性国家重点实验室生物质材料成型加工课题组（张耀鹏教授团队） 和该领域科学家们一直在不断地探索新颖的丝素结构基元提取及其重构策略，并对所制得的功能化RSF材料进行全面的生物医学应用评估，如图1所示。
图1：丝素蛋白结构基元的提取、再生丝素蛋白材料的重构及在生物医学领域中的广泛应用（SF：丝素蛋白；RSF：再生丝素蛋白）。
近日，东华大学张耀鹏教授、姚响副教授团队从不同层级SF结构基元的提取方法、各种功能化RSF材料的重构策略及其在典型生物医学领域中的应用进展等方面系统总结了仿生SF材料的研究进展，同时分析了其发展前景和面临的挑战。相关内容发表于Materials Today Bio (Bioinspired silk fibroin materials: From silk building blocks extraction and reconstruction to advanced biomedical applications, 2022, 16: 100381)。论文第一作者为东华大学姚响副教授，通讯作者为东华大学张耀鹏教授，东华大学博士生邹盛之、范苏娜副教授和博士后牛欠欠为共同作者。
图2：基于再生丝素蛋白材料有效开展各类典型的细胞-材料相互作用研究。(A-B)微米沟槽特征对细胞行为的影响；(C)微凸点阵列对细胞行为的影响；(D)纤维排布特征对细胞行为的影响。
该文章系统总结了SF不同层级结构基元（丝素蛋白分子、丝素蛋白纳米纤维和微米纤维、丝素纳米带）的提取方法、功能化RSF材料（微球、纤维、膜材、浇筑支架、3D打印支架、水凝胶、以及各类图案功能化的基底材料）的构筑方法及其在生物医学领域中的应用，尤其是其在细胞-材料相互作用规律揭示（微/纳米沟槽特征、微凸点或微柱阵列、纤维排列、支架孔径、基材机械性能和化学修饰等特征对细胞行为的影响，图2）、软组织修复（如尿道、肝脏、神经等组织）和生物柔性电子装置（如可降解共形电子器件、可降解透明导电薄膜、可降解摩擦纳米发电机及其导线等）领域中的应用。
为进一步加快或推广SF材料在生物医学领域中的应用，作者建议可以从以下方面开展进一步的研究工作：（1）为更大限度地保留天然蚕丝的优异性能，需在SF结构基元提取时尽可能保持其原有的结构特征。在结构基元的重构过程中，需更大程度地仿生天然蚕丝的多层级结构特征；（2）可通过添食育蚕、化学改性、基因工程等方法，改良蚕丝的物理化学结构、以获得性能更为优异的功能化RSF生物材料；（3）可使用RSF生物材料模拟机体内的动态微环境或整合部分抗细胞黏附等材料技术，以深入探究相关细胞-材料相互作用规律。并以此为指导，制备更为高效的生物材料。（4）为了使RSF材料更好地用作生物柔性电极材料，需进一步提升RSF生物材料的柔韧性及其导电性能；（5）目前关于RSF材料的生物功能验证主要集中在体外或小动物实验，为加快RSF生物材料的产业化进程，需要大力推进RSF生物材料植入大型动物乃至人体内的试验验证；（6）提高原材料的稳定性。例如可通过发展工业化养蚕技术和丝素结构基元可控剥离技术来提升SF原料批次间的稳定性。
此工作得到了上海市自然科学基金、国家自然科学基金、上海市优秀学术带头人等项目的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2022.100381
