蜘蛛织网不仅效率高,而且耗能少,许多蜘蛛能反复吃掉旧网,吐出新丝来对它们进行翻新。蜘蛛在自然界已经生存了几百万年,我们能从它们那里学到的东西太多了。
蛛丝是一种非凡的材料,虽然极其柔软,但一磅蛛丝与一磅钢材对比,蛛丝强度远远超过钢材。蛛丝被吐出时是一种液体蛋白,很快凝结成固体,被织成多种结构的网。蜘蛛织网不仅效率高,而且耗能少,许多蜘蛛能反复吃掉旧网,吐出新丝来对它们进行翻新。
牛津大学动物学家弗里茨·沃莱斯研究蜘蛛已有40年了,他希望造出具有蛛丝般神奇性能的丝,用在医疗护理、移植和再生医学领域,更好地服务于人类。早在1976年,沃莱斯发表了第一篇关于蜘蛛的论文,随后又发表了一系列突破性研究,探索蛛网的独特性质和功能。为了实地研究更多蜘蛛,他跑遍了世界,包括巴拿马群岛和巴布亚新几内亚,跟踪具有罕见特性的外来物种。
自古希腊开始,人们就有用蛛网清理伤口的传统,认为这样能止血,预防感染。沃莱斯对这种做法进行了实验。他们用蛛网贴缚在多种动物伤口上,发现蛛丝能和组织完美地融合在一起。
沃莱斯说:“蛛丝天然具有生物相容性,所以伤口并不排斥它。”蛛丝还能生物分解,这表明缚在伤口上的蛛丝是随着伤口愈合被组织吸收了。“即使是从蛛网上取下来的不太干净的丝,也有愈合伤口的功效,不需要事后除去它们。”
借蛛丝密码合成新材料
沃莱斯对蛛丝成分进行分析后发现,蛛丝蛋白有着独特的排列模式,这种特殊蛋白质结构是高强度和韧性的源头,使其能抵抗压力和变形。沃莱斯发现,金圆织网蛛(Golden Orb Weaver spider)能吐出7种不同类型的丝,各有不同用途,其中用于悬挂的牵引丝强度最高。以这种牵引丝为模型,有望开发出一种新的生物医学移植体,拥有蛛丝那样的超高强度和承受力,作为传统移植体的替代品。
但沃莱斯指出,这要解决生产供应的问题。因为要大量制造蛛丝是不可能的,蜘蛛是食肉族,无法大规模饲养,麻醉它们一次也只能抽取一根丝。为此,他们把目标转向了蚕丝。人类养蚕生产丝绸制品已有5000多年历史,通过工业化饲养,每年生产的蚕丝可达15万吨。但美中不足的是,蚕丝的强度不如蛛丝,还含有一种有毒的胶,用于医疗手术并不理想。
沃莱斯成为牛津大学丝集团总裁后,发现了一种野生的蚕,吐出的丝和蛛丝蛋白结构很相似。他对这种蚕丝蛋白进行了基因测序,并与蜘蛛牵引丝的蛋白结构进行了对比,然后将蚕丝溶解,除去其中有毒的胶,再重组为一种高强度的清洁材料,命名为Spidrex(蛛蚕丝)。丝集团的这一成果吸引了大量商业人士的兴趣,为此沃莱斯创立了牛津生物材料纺织公司,开发蛛丝的商业化应用。
蛛丝制品走进手术室
在美国,每年有60万例膝盖手术,成本高达130亿美元,这一数字预计还会大幅度上升。目前的塑料软骨移植物效果并不好,甚至有些最后不得不取出来,因为带来了严重的并发症。沃莱斯开始实验能否用蛛蚕丝制造人工骨骼、敷布和缝线,最后发现,它很适合作为膝盖替代物。
丝集团创立了第二家子公司Orthox公司,用蛛蚕丝来制造一种延展性材料,再塑造成替换用的膝盖软骨结构,还可用作生物相容性支架,支持组织再生。沃兰斯说:“细胞用它作为一种支架,随着支架逐渐分解,细胞长进去填充了新的软骨,重新恢复原有强度。”研究人员的设想是,在5年内造出能替换原来软骨的移植物。
目前这种移植体尚处于临床实验半途,沃莱斯对目前的进展感到满意。他说:“患者和医生都会很高兴,相信到2018年,这种移植物就能普遍供应了。他们另一家初创子公司Neurotex还开发出一种用于周边神经修复的支架,正在试验中。团队希望将这种支架用于中枢神经系统,帮助逆转因严重脊髓损伤而造成的瘫痪——这是另一个迫切需要更多选择的领域。
医疗移植进入“丝时代”
以蛛丝和转基因蚕丝为基础的医疗领域充满了各种可能,几乎每天都有论文发表,探索丝材在再生医学中的应用。世界各研究团队正在利用一系列创新技术开发新型材料。比如,把蜘蛛DNA插入山羊体内产生转基因羊毛,甚至插入酵母菌,让人们能用酵母菌纺丝。
丝材料可用在缝合、支架和移植中,大量移植体可以用这种生物医学材料来替代。韩国组织工程与再生医学学会秘书长Insup Noh教授说:“在许多医疗程序中,使用真丝将成为标准规程。真丝材料已被批准用作生物原料,与其他新出现的聚合生物材料相比,这是个很大的优势。”
目前,丝集团和沃莱斯的团队正在研究自行车头盔、飞机板和军队制服,同时他们还在研究蜘蛛为何能以超高效率吐丝织网,以改进工业制造。随着合成蛛丝衣物越来越受欢迎,它还可作为一种新型的污染传感装置。
经过40年的快速发展,沃莱斯觉得目前的研究还只在表面。“蜘蛛在自然界已经生存了几百万年,我们能从它们那里学到的东西太多了。”
来源:中国科技网-科技日报 作者:常丽君
为你推荐

华东医药2025年一季度业绩出炉,创新产品持续发力
2025年第一季度内公司实现营业收入107 36亿元,同比增长3 12%;实现归属于上市公司股东的净利润9 15亿元,同比增长6 06%;实现扣非归母净利润8 97亿元,达到历史最好水平,同比增长7 04%。
2025-04-24 21:53

医药如何数智化?医药工业数智化转型实施方案(2025—2030年)发布
研发推广一批智能制药设备、检测设备,开发一批“小快轻准”医药工业软件或系统。支持创建医药工业数智技术应用验证与中试平台,集成推进共性技术攻关、软硬件适配验证测试、计...
2025-04-24 18:26

全球顶尖专家共话尿路上皮癌诊疗领域的新突破——第三届泌尿肿瘤临床研究大会会后会成功举办
2025年4月24日,北京——,“第三届泌尿肿瘤临床研究大会会后会”在北京成功举办。本次会议以“全球专家共话尿路上皮癌”为主题,汇聚了来自中外的顶尖泌尿肿瘤专家,围绕尿路上...
2025-04-24 16:26

全国预防接种日:“健康中国家,疫苗护万家”健康社区“免疫行动”促进计划启动
由新华网主办,中国医药卫生文化协会疫苗与健康分会、《中国社区医师》杂志联合支持的“健康中国家,疫苗护万家——健康社区‘免疫行动’促进计划”于4月23日在北京正式启动。
2025-04-24 14:07

带状疱疹疫苗“遇冷”,百克生物2024年净利润腰斩
近日,国内疫苗龙头企业百克生物发布2024年年报,数据显示,其报告期内实现营收12 29亿元,同比下降32 64%;归属于上市公司股东的净利润2 32亿元,同比下降53 67%。对于营收...
2025-04-23 12:59

重庆常用药联盟接续集采中选结果
近日,重庆常用药联盟接续集采中选情况公布,该联盟由重庆牵头,联合湖北、广西、海南、贵州、云南、青海、宁夏、新疆及新疆生产建设兵团等十省(区、市)开展的药品集中带量采...
2025-04-21 18:48

全周期智控慢病,诺和诺德与京东健康开启战略合作
2025年4月21日,全球领先的生物制药公司诺和诺德与京东健康在北京正式签署战略合作协议,标志着双方在糖尿病和体重管理领域的合作进入新阶段。依托诺和诺德百年深耕慢病领域的专...
2025-04-21 15:57

康方生物1类新药依若奇单抗上市申请获批,用于中重度斑块状银屑病成人患者
该药是我国第一个且唯一获批上市的IL-12 IL-23“双靶向”单克隆抗体新药,是康方生物自身免疫性疾病领域首个获批上市的一类新药。
2025-04-21 13:39

阿斯利康乳腺癌1类创新药卡匹色替片中国获批
该药适用于联合氟维司群用于转移性阶段至少接受过一种内分泌治疗后疾病进展,或在辅助治疗期间或完成辅助治疗后12个月内复发的激素受体(HR)阳性、人表皮生长因子受体2(HER2)...
2025-04-21 11:02

辉瑞宣布终止一款口服GLP-1减肥药的临床开发
近日,辉瑞在其官网宣布,决定终止开发口服胰高血糖素样肽-1受体(GLP-1R)激动剂Danuglipron(PF-06882961),原因系在一项有关用药剂量的临床试验中,一名患者出现了可能由该...
2025-04-21 10:29

福建省医保局印发单列门诊统筹支付医保药品目录(2024年版)
根据2024年6月发布的《福建省医保药品单列门诊统筹支付管理办法(试行)》,为了让参保患者无需住院、在门诊就医也能用上国家谈判药品、享受医保待遇,将适用于门诊治疗、使用周...
2025-04-20 13:34