作者：武汉大学人民医院骨科    石峰

脊髓损伤是一种严重的致残性神经系统疾病，常导致病人感觉、运动和自主神经功能障碍。在中国，脊髓损伤的患病率接近百万分之六十，给病人身心健康带来严重负面影响，给家庭和社会带来沉重的经济负担。脊髓损伤主要由各种暴力、跌倒、运动损伤和交通伤等引起，这些损伤常导致脊髓遭受直接压迫、剪切或撕裂，随之而来的组织水肿、缺血、缺氧和炎症因子的释放则加速了神经的损伤。脊髓损伤后的自我修复能力差，其当前治疗方案主要包括手术、药物和康复，但这些方法在促进脊髓再生和神经功能重塑方面的疗效有限。例如：早期的减压手术有利于神经功能的恢复，但不能解决神经再生的问题；各种抗炎和营养神经药物的效果受血-脊髓屏障的限制，难以保证药物在损伤部位的积累和作用；康复治疗的疗效因受损伤的病情、心理和社会等因素的影响而因人而异。

近年来，组织工程技术的兴起为脊髓损伤修复提供了新的思路。通过选择具有良好生物相容性的原料，制备能够桥接损伤神经，并实现功能化再生的仿生材料已经成为脊髓损伤修复的研究热点。丝素蛋白作为一种来源广泛的天然生物材料，因其优异的生物相容性、可调节的降解性和力学性能，在组织工程领域的应用备受关注。本文旨在综述丝素蛋白仿生支架在脊髓损伤修复中的研究进展，并探讨其应用前景和面临的挑战。

文献检索策略

本文以“silkfibroin”和“spinalcordinjury”为英文关键词，在WebofScience、PubMed、Elsevier、Wiley、Springer、Sco⁃pus和EBSCO数据库进行文献检索，共检索出127篇相关文献。文献纳入标准：①探讨天然蚕丝提取的丝素蛋白和脊髓损伤修复的相关文献；②文献发表时间在2010年之后的原创研究、综述和临床试验。文献排除标准：①非英文文献；②会议论文和学位论文；③重复发表、内容不符合主题以及重复研究的文献，最后纳入69篇文献，文献检索策略过程如图1所示。

脊髓损伤的病理生理学过程

脊髓损伤涉及复杂的病理生理过程，通常包括原发性和继发性损伤两个阶段。原发性损伤阶段是外力直接作用的结果，如压缩、撕裂、急性拉伸和牵引等，脊髓遭受机械性损伤导致轴突断裂，神经元和神经胶质细胞损伤，以及血管破裂出血。原发性损伤后，会触发一系列有害的继发性病理过程，包括缺血、细胞凋亡、坏死、炎症反应、水肿、自由基损伤、线粒体功能障碍、氧化应激和神经胶质瘢痕形成。继发性损伤阶段的特征是广泛存在的细胞功能紊乱和信号转导异常级联反应，包括损伤区域周围神经细胞和功能区神经传导的损害，最终导致脊髓组织坏死、液化，局部形成炎性囊腔和神经胶质瘢痕。神经细胞有限的再生能力和胶质瘢痕的形成，阻碍了内源性脊髓组织的再生和功能的自我修复。

脊髓损伤后神经再生的不利微环境主要包括：外源性抑制分子产生和神经胶质瘢痕形成，阻碍轴突生长；缺乏支持轴突再生的内源性神经营养因子；神经元再生的分子信号传导失活；过度激活的炎症应答，导致神经元和神经胶质细胞死亡、神经胶质瘢痕形成和空洞发展。因此，脊髓损伤治疗的挑战在于重塑微环境和促进神经元再生。为了克服这一挑战，通过功能性的组织再生替代囊腔，抑制炎症和胶质瘢痕形成是脊髓损伤修复的重点。组织工程仿生支架能够为神经元的再生和轴突的生长提供支持，打破组织损伤和瘢痕形成造成的理化屏障，维持细胞活性并调控细胞分化，同时还能减少炎症反应，改变局部微环境，在脊髓损伤修复领域具有广泛的应用前景。

丝素蛋白的分子特点和生物学性质

丝素蛋白是从蚕丝中提取的一种天然高分子蛋白，其结构中包含疏水性重链（350~370kD）和亲水性轻链（25kD），多条重复的多肽序列可形成α-螺旋、β-折叠和无规则卷曲三种构象。丝素蛋白分子中的氨基酸种类、数量和排列结构赋予其优异的生物相容性、低免疫原性、可调控的生物降解性、机械性能和缓释性能。丝素蛋白的微结构具有良好的力学强度，有利于维持三维空间中的细胞形态，为细胞生长提供良好的微环境。氨基酸的序列结构决定了丝素蛋白的亲疏水性和分子空间结构，通过改性可以实现药物的有效负载和缓释调控。丝素蛋白具有良好的柔韧性和强度，可被加工成薄膜、纤维和海绵等各种形态，在仿生支架、药物缓释载体及抗菌材料等的制备中具有广阔的应用前景。与胶原、壳聚糖等天然生物材料相比较，丝素蛋白具有更为优异的可调控机械性能和生物降解性，同时兼具了胶原蛋白良好的细胞外基质结构和生物相容性，以及壳聚糖分子优良的结构可修饰性，且有来源广、成本低等优点。目前，丝素蛋白仿生支架被广泛应用于皮肤、骨、软骨和神经等组织的再生修复研究，是脊髓损伤修复的潜在新材料。

丝素蛋白仿生支架的制备

作为一种天然高分子蛋白，丝素蛋白分子具有双亲特性，易于加工，常被用来制备组织工程材料。为了模拟脊髓组织的结构和微环境，目前研究开发了组装凝胶化、静电纺丝、冷冻干燥、3D打印和化学交联等多种丝素蛋白仿生支架的制备方法，制备了水凝胶、气凝胶、纳米纤维、神经导管和生物薄膜等多种形态的仿生支架（图2）。这些支架模拟脊髓神经细胞外基质微环境，为细胞的黏附和生长提供力学支撑，促进细胞迁移和物质运输。例如，静电纺丝制备出的具有不同直径和孔隙率的丝素蛋白纳米纤维支架，与细胞外基质结构相似。冷冻干燥法制备出的具有多孔结构的丝素蛋白神经导管，有利于神经细胞生长和营养物质运输。3D打印通过精确设计和控制支架的结构、形状，可以模拟脊髓的生理结构。化学交联和表面改性技术可以使丝素蛋白支架具备更好的机械强度、生物相容性和亲和力，有利于细胞的黏附和生物活性因子的负载。这些方法为制备性能优异的丝素蛋白仿生支架提供了有力支持。

丝素蛋白仿生支架在脊髓损伤修复中的研究现状

丝素蛋白水凝胶      水凝胶是一类经过高度溶胀或交联形成的具有多孔聚合网状结构的生物材料，因其与细胞外基质具有相似的结构特点被广泛应用于组织工程研究。在神经组织工程中，理想的水凝胶支架常常具有以下特点：对神经细胞的黏附、迁移和轴突的生长具有良好的生物相容性；降解产物无毒，无免疫原性，不引起炎症反应造成细胞二次损伤；具有优良的理化性质，如微观结构、孔隙率、机械强度和可降解性等，并可通过修饰和改性进行调节优化；可以对药物或生物活性因子进行封装、负载和可持续释放。目前，丝素蛋白水凝胶已应用于脊髓损伤修复的研究。丝素蛋白水凝胶可以与脊髓组织形成良好的物理连接。Liu等制备了一种可注射的甲基丙烯酸缩水甘油酯丝素蛋白/层粘连蛋白-丙烯酸酯水凝胶，在体内通过紫外线交联后能够与脊髓组织形成拓扑纠缠，在交界面形成网络连接，这种水凝胶通过共价修饰后能为神经干细胞提供良好的生长微环境。Sha等制备的丝素蛋白/透明质酸水凝胶交联后能在体内与脊髓组织整合，可观察到新生的神经纤维穿过胶质瘢痕到达损伤中心区域，减少脊髓空洞的面积。丝素蛋白水凝胶还可调节局部炎症环境影响脊髓修复。可注射丝素蛋白水凝胶经过甲基丙烯酸酯改性后引入双键，形成稳定的网状结构，增强了组织的黏附力和抑制炎症能力，通过减少氧自由基诱导的氧化损伤，促进巨噬细胞向抗炎M2型极化，改善局部炎症微环境，以诱导神经元细胞分化和轴突再生。

此外，丝素蛋白在凝胶化过程中常伴有分子结构的转变，蛋白分子向β-折叠构向的转变可以形成致密的纳米纤维网状结构，赋予了丝素蛋白支架可调控的力学性能以适应神经再生。通过热诱导和超声物理交联法制备的丝素蛋白-胶原纤维水凝胶具有互穿网络结构和与神经组织相似的刚度，能够缓冲剪切力诱导的细胞损伤，并对神经干细胞表现出良好的生物相容性，负载的神经干细胞能够表达更多的神经营养因子，如神经生长因子（NGF）、脑源性神经营养因子（BDNF）、胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）和神经营养因子3（NT⁃3），有利于细胞在体内的长期存活。有研究发现，丝素蛋白水凝胶能够辅助修复脊髓损伤后的神经电信号传导功能。通过自组装法制备的可注射丝素蛋白水凝胶，具有良好的导电性能和剪切力稀化功能，在体内能保持与脊髓组织相当的弹性模量（10~60kPa）和导电率（0.2~1.2S/m），能模拟天然生物电环境，促进损伤脊髓的结构和功能性修复。另一种可注射的丝素蛋白/离子液体水凝胶能在紫外线照射下快速成型，丝素蛋白提供机械支持和神经再生性能，离子液体提供导电能力，该仿生支架能在体内重塑导电微环境，促进感觉神经电传导的恢复。因此，丝素蛋白水凝胶因具有优异的生物相容性、互穿网络结构和力学性能，能够提供良好的细胞外微环境，促进脊髓的结构和功能修复。

丝素蛋白纳米纤维支架      由静电纺丝、冷冻干燥等方法制备的纳米纤维支架具有高孔隙率，纳米级的纤维直径和网状结构，能模拟细胞外基质的纤维尺寸和微结构，为细胞的黏附、增殖和分化提供结构支撑。丝素蛋白具有良好的生物相容性和力学性能，加之其分子上大量的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（Arg⁃Gly⁃Asp，RGD）三肽序列改善了细胞的黏附功能，对细胞无毒性，炎症或免疫排斥反应低。

近年来，越来越多研究聚焦开发基于丝素蛋白的仿生纳米纤维支架用于脊髓损伤修复。将丝素纳米纤维与透明质酸、碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）结合制备的三维网络仿生材料具有纳米级结构、高孔隙率和亲水性，通过对支架孔径的可控调节，增强了细胞的增殖和迁移能力，从而促进神经元存活和轴突生长，抑制神经胶质瘢痕的形成。通过流体纺丝技术制备的丝素蛋白纤维支架具有良好的抗拉力性能，将其与RGD化学交联修饰后能增加细胞的黏附性，促进神经细胞的增殖和轴突的伸长，有利于脊髓的修复。利用CaCl2-甲酸分散和冻干技术制备的丝素蛋白支架具有松散的三维多孔纤维结构，通过上调神经元中β-微管蛋白Ⅲ（TuBB3）和微管关联蛋白2（MAP2）的表达，促进其分化和成熟，同时改善损伤部位轴突再生和髓鞘形成，减少脊髓空洞面积，改善运动和神经传导功能。二维生物材料常不能有效支持脊髓损伤部位形成神经再生的桥梁，Zhong等通过盐浸和水洗法制备的三维丝素蛋白纳米纤维支架能提供良好的力学性能，这种无有机溶剂的绿色丝素蛋白纳米纤维支架具有多孔结构、稳定的蛋白结晶度，以及良好的生物相容性，能为脊髓的再生修复提供组织桥接作用。近来有研究发现，不同直径的丝素蛋白纳米纤维能够影响种子细胞的生理功能。通过静电纺丝技术制备不同直径的丝素蛋白纳米纤维支架，与直径1200nm的支架相比，400nm的支架更有利于嗅鞘细胞（OECs）的黏附、生长和迁移，能维持细胞的正常表型。Qu等也发现，400nm的丝素纳米纤维比1200nm的丝素纳米纤维更有利于神经元的发育和成熟，且细胞扩散面积增加，星形胶质细胞的迁移效率显著提高，这突显了丝素蛋白纳米纤维对细胞迁移的指导作用，有利于轴突的再生和脊髓的修复。此外，有研究发现丝素蛋白纳米纤维还具有压电性能，可以用来电刺激细胞，增强组织形态的发生。750nm的丝素纳米纤维能够维持稳定的压电电位输出，促进神经干细胞的功能成熟及其向神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞分化。

丝素蛋白神经导管     脊髓组织的生理结构十分复杂，其损伤后，由于缺乏物理支撑和生物信号引导，长距离的轴突再生通常面临挑战。近来，基于脊髓组织结构设计的具有定向取向、多通道的神经导管支架被用于脊髓损伤的修复研究。神经导管的制备旨在桥接脊髓的损伤区域，为神经细胞的生长和迁移提供力学支撑和引导，阻断胶质瘢痕形成，促进脊髓的结构和功能修复。丝素蛋白因其具有良好的生物学性质和力学性能，常被用于神经导管的制备。

通过定向冷冻法制备的丝素蛋白/黏蛋白复合支架，具有定向取向、多通道和高孔隙率的特点，能够负载活性黏蛋白，促进细胞外基质的形成和血管的长入，引导轴突的生长并桥接组织间隙，阻断胶质瘢痕形成，促进脊髓损伤的修复和运动功能的改善。通过静电纺丝制造的多通道丝素蛋白纳米纤维导管，经过层粘连蛋白功能化修饰后可以通过提供生物活性刺激和物理引导来促进神经细胞发育和轴突延伸，这种功能化的神经导管能与宿主组织整合，减少胶质瘢痕形成，进而修复脊髓。丝素蛋白的多通道导管结构在脊髓修复过程中发挥关键作用。功能化修饰的丝素蛋白神经导管可以通过改性发挥药物负载和缓释的作用，通过静电纺丝和三重化学交联法（酰胺化、希夫碱反应和氢键形成）制备的丝素蛋白仿生多通道纳米纤维导管能够有效负载Tubasat⁃inA，该支架具有均匀光滑的表面结构，能够通过缓释药物抑制脊髓损伤区域炎症反应，减少神经瘢痕形成和脱髓鞘，通过增加神经纤维数量促进脊髓再生，改善神经源性膀胱。而将NT⁃3掺入丝素蛋白涂层中制备的神经导管实现了生物活性NT⁃3的负载和持续释放，其在脊髓损伤区域能维持神经元的高存活率和分化率，加速轴突的再生和功能恢复，并改善运动功能。具有两亲性质的丝素蛋白能为神经导管移植物提供力学强度和可降解的生物学性能，并能够作为其他活性成分的分散剂发挥作用。用丝素蛋白分散碳纳米管制备的丝碳纳米管复合支架融合了天然来源和合成材料的优点，不仅为神经元的生长和轴突再生提供三维基质，还可以促进神经元之间的电信号传导，实现脊髓的功能修复。具有分级多通道和排列孔结构的丝素蛋白神经导管能为间充质干细胞（MSCs）和施旺细胞提供合适的微环境，有助于产生类似于天然脊髓的细胞时空分布，还能进一步促进内皮细胞的迁移和成血管化，诱导巨噬细胞向M2型极化，减少胶质瘢痕的形成，促进神经元再生和髓鞘重建，有效促进大鼠的脊髓组织修复和功能重建。

3D打印丝素蛋白仿生支架      3D打印作为新兴的组织工程技术，其优势在于创建了一个由一系列二维层面组成的3D聚合物材料，通过在计算机工作站上优化仿生支架参数，设计和制造具有新颖和精确结构的微观和宏观植入物。3D打印技术由于具有个性化设计和精准化制作的特点，目前在脊髓修复领域受到越来越多的研究关注。

通过3D打印制备的丝素蛋白/胶原仿生支架是人脐带间充质干细胞（hUCMSCs）的良好载体，将该支架植入脊髓损伤动物模型后可观察到促神经纤维生长的现象，能够有效增强髓鞘再生，加速损伤部位轴突的连接，进而改善运动功能。丝素蛋白的加入能有效弥补胶原缺乏力学强度的缺点，为细胞的生长提供合适的机械强度和弹性，维持微环境的稳定。丝素蛋白提供的机械性能可在材料完全降解前持续发挥引导轴突再生，并承受外界应力的作用，这对于脊髓的修复至关重要。3D打印制备的丝素蛋白仿生支架还能作为神经干细胞的良好载体用于脊髓损伤的修复，该仿生支架富含孔隙结构（直径10~240μm），丝素蛋白在其中提供良好的热稳定性以及适中的降解时间，能促进轴突穿过损伤部位，防止物理屏障的形成，使修复区域具备良好的抗压强度和延展性。还有研究通过3D打印丝素蛋白支架模拟皮质脊髓束结构用于修复损伤的脊髓，该植入物在脊髓损伤部位形成了组织连接，组织学中表现出更少的损伤病变和结构紊乱，病变部位生长相关蛋白43（GAP43）表达增多，说明植入区域的神经细胞发生了功能性修复。在3D打印的丝素蛋白支架中，丝素蛋白能够提供良好的机械强度、显著弹性和延展性，有利于维持微环境的稳态，可作为良好的神经细胞载体和组织桥梁用于脊髓损伤的修复研究。

丝素蛋白递送载体    仿生支架、生长因子和种子细胞作为组织工程的三要素，是决定修复成功的关键。研究表明，丝素蛋白仿生支架是种子细胞、药物、生长因子和其他生物活性成分的优良递送载体，能够维持它们的活性并实现持续释放，对于促进脊髓损伤的神经组织修复和功能重塑至关重要。

生物活性物质  神经营养因子如NGF、NT⁃3、GDNF等的递送和缓释是调节神经组织功能性修复的关键因素之一，而如何维持其生物活性，并实现高效负载、精准递送和缓慢释放是组织工程技术亟需解决的问题。丝素蛋白具有天然优良的生物相容性，其具有亲水性和疏水性的双亲特性，以及可修饰的分子结构，能够维持神经营养因子的活性。负载神经营养因子也可提高丝素蛋白仿生支架的神经传导能力，进一步优化丝素蛋白结构，使之能更深入改善神经组织再生。有研究将小分子功能自主装肽（F⁃SAP）和丝素蛋白混合，通过静电作用制备负载NT⁃3的水凝胶，丝素蛋白分子结构实现了向β-折叠的构向改变，形成了致密的纳米纤维网状结构，既改善了材料的力学性能，又抑制了物质的流动性，从而达到缓释药物的目的。Gao等制备了一种负载NGF的丝素纳米纤维水凝胶，该支架具有取向的纤维排列结构，能有效维持NGF的生物活性，调节神经干细胞向神经元/星形胶质细胞的分化；其排列整齐的微观结构能够促进细胞定向迁移，并促进血管生成和脊髓的无瘢痕修复。另一种负载NGF的丝素蛋白/海藻酸钠复合材料能够在脊髓损伤区域持续释放活性NGF，该支架具有均匀的多孔结构，孔隙率达到83.8%±0.9%，可维持神经元的增殖和分化，并促进细胞的黏附和迁移。丝素蛋白在其中发挥桥接脊髓损伤间隙、引导轴突生长、富集并持续释放活性NGF的作用。

此外，丝素蛋白仿生支架还能够有效提高神经营养因子的生物利用度。持续的神经营养因子递送有利于脊髓损伤的细胞存活和神经再生的微环境创造。一种负载NT⁃3的丝素蛋白海绵可体外长达28天持续释放NT⁃3，并能维持MSCs的高细胞活性以及良好的细胞分布和表型；支架体内移植后可抑制局部炎症反应，促进神经组织再生和轴突延伸穿过神经胶质瘢痕，减小脊髓空洞面积。该支架制备过程中经过乙醇或甲醇处理，丝素蛋白的无规则卷曲结构转化为β-折叠结构，便于装载神经营养因子，且丝素蛋白的缓慢降解有利于营养因子缓慢持续释放。丝素蛋白还可用于制作双相药物负载支架，一种具有高度多孔结构和适当机械性能的双相丝素蛋白水凝胶同时负载了血管紧张素1-7和NT⁃3，血管紧张素1-7能显著诱导小胶质细胞M2型极化，抑制脊髓损伤急性期的炎症，NT⁃3可促进后期的神经元分化和轴突再生，提供了一种免疫调节和神经保护相结合以促进神经恢复的新策略。丝素蛋白支架还可以作为金属离子的载体用于体内脊髓损伤的修复。一种负载抗氧化剂MgMn的丝素蛋白支架能够在体内持续释放Mg2+调节细胞的生长和分化，通过Mn3+释放缓解氧化应激反应，并能够调控PI3K⁃Akt及HIF⁃1信号通路和轴突再生通路，促进脊髓损伤修复。另一种负载ZnMn的丝素蛋白水凝胶能够通过离子释放抑制M1样巨噬细胞，调节脊髓损伤局部炎症微环境。而海藻酸盐和丝素蛋白结合制备的具有互穿网络结构的自愈水凝胶能够交联Zn2+，通过持续释放Zn2+促进轴突再生和神经元分化，还可上调抗炎信号分子A20调节小胶质细胞的NF⁃κB途径，进而促进神经再生和功能恢复。丝素蛋白支架还是压电材料的优良载体，有利于神经电生理功能的恢复，包覆钛酸钡（Ba⁃TiO3）纳米粒子的丝素蛋白水凝胶能够在体内实现神经电生理性能的重塑，促进突触再生和轴突形成，有利于实现脊髓的功能性修复。此外，研究发现一种具有光固化性能的甲基丙烯酸酯丝素蛋白水凝胶能够有效负载活性的bFGF，其能在紫外线照射15秒内形成凝胶，在体内持续释放bFGF，抑制脊髓损伤早期的炎症和氧化应激反应，促进脊髓损伤的修复。另一种通过脂质体包裹制备的负载多西他赛/bFGF的丝素蛋白水凝胶能够延长药物在损伤区域的半衰期，发挥重塑细胞外基质、桥接损伤区域空洞的作用，进而促进脊髓损伤的功能修复。通过丝素蛋白氨基与氧化多巴胺醌结构之间的希夫碱反应制备的自聚合丝素蛋白支架具有可调节的机械性能，能够在脊髓损伤部位持续释放活性多巴胺成分，维持神经元活性，促进轴突再生和神经功能恢复。因此，丝素蛋白多样的制备方法也能够增强其作为生物活性物质载体的有效负载和持续缓释能力。

种子细胞  脊髓组织由于自我修复能力有限，组织工程支架常需负载种子细胞，并发挥诱导细胞黏附、生长和分化的作用。在脊髓损伤修复研究中，具有多向分化功能的骨髓间充质干细胞（BMSCs）、人羊膜上皮细胞（AECs）、脂肪干细胞、hUC⁃MSCs、OECs和神经干细胞等常被作为种子细胞，这些细胞具有向神经细胞分化的潜能，而丝素蛋白支架因具有优良的生物相容性和机械性能常被用做细胞载体，维持干细胞的表型和活动。

研究发现，三维多孔丝素蛋白纳米纤维支架能够增强BMSCs的黏附和增殖，其移植到脊髓损伤部位能减少星形胶质细胞增殖，促进轴突再生并改善运动功能。将BMSCs接种到多孔丝素蛋白支架中能够桥接损伤的神经，诱导大鼠的轴突再生和髓鞘形成。负载AECs的丝素蛋白支架能抑制损伤部位的炎症细胞浸润，为AECs提供良好的神经再生微环境，促进脊髓修复。负载有脂肪干细胞的丝素蛋白/壳聚糖支架能够显著表达BDNF和NT⁃3活性因子，通过发挥BDNF的神经营养作用和NT⁃3的促神经元存活及神经连接重建作用，促进轴突再生并抑制炎症应答，进而增强神经纤维的形成，减轻脊髓的病理改变。通过双溶解工艺制备具有多孔性和定向排列结构的丝素蛋白支架能够高效负载过表达ADAMTS13的人脐静脉内皮细胞（HUVEC），该移植物能促进脊髓损伤区域的血管浸润和微血管网络形成，并招募神经细胞向病变部位迁移，该仿生支架能促进血管新生和物质交流改善微环境，并引导轴突生长桥接脊髓空洞，最终改善运动功能。Jiao等制备的负载hUCMSCs的丝素蛋白/海藻酸盐/胶质细胞源性神经营养因子（SF/AG/GDNF）支架具有良好的缓释功能，该支架同时具备高孔隙率、良好的抗压缩性能和弹性模量，通过缓释GDNF增强神经元的活性和数量，促进脊髓的结构修复。丝素蛋白纤维支架还能够影响OECs的排列、形状和迁移，随机排列的丝素蛋白纤维上OECs具有双极和三极延伸，形态更为分散，而定向排列的丝素蛋白纤维上的OECs表现出拉伸和双极纺锤形态，能够有效引导细胞的迁移。此外，经过RGD肽修饰的丝素蛋白水凝胶能对体内的巨噬细胞和小胶质细胞发挥募集效应，促进两者向M2型极化，重塑局部微环境，加速轴突再生和运动功能恢复。因此，丝素蛋白支架能够在体内外为细胞的黏附和生长提供良好的机械性能，通过改善损伤区域的炎症微环境维持细胞的表型和功能，充分发挥细胞载体和组织桥梁的桥接作用。作为药物、细胞等成分的优良递送载体，不同组成的丝素蛋白仿生支架具备不同的结构特点和释放效率，相关研究的细节对比详见表1、2。

技术挑战与未来方向     近年来，丝素蛋白仿生支架因具有稳定的化学性质，良好的生物相容性、生物降解性和低免疫原性，在脊髓损伤修复领域中展现出良好的应用前景，但其在实现真正临床转化之前仍存在诸多问题有待解决。例如：丝素蛋白仿生支架微观结构的仿生精度仍不足，难以完全模拟细胞外基质的拓扑结构；支架与不同损伤时期脊髓组织的刚度和力学性能的适配问题；支架降解速率与神经再生时间窗的匹配问题；支架在体内诱导神经干细胞定向分化和组织再血管化、免疫调控、神经电生理调节和神经环路重建的机制调控尚未完全明确。此外，丝素蛋白仿生支架的制备工艺缺乏标准化，且缺少更多大动物模型数据，其在体内的生物安全性和长期疗效仍需进一步深入观察和评估，其临床应用的伦理与监管合规性也尚面临挑战。在今后的研究中，促进丝素蛋白仿生支架的临床应用需要实现可调控的多级仿生结构设计和功能化修饰，并深入对免疫微环境和再生组织功能化的机制调控研究；建立标准化的丝素蛋白仿生支架临床评估框架，特别是综合安全和生物降解动力学评估具有重要实践意义；丝素蛋白仿生支架临床应用的伦理问题亦需审慎考量，必须在病人潜在获益与安全性保障间取得平衡，并通过严格的监管合规性确保治疗方案的科学性与伦理性。此外，多学科的交叉整合有望为丝素仿生支架的脊髓损伤修复临床应用提供新的思路和解决途径。

总结     丝素蛋白仿生支架具有优异的生物相容性、可降解性和机械性能，以及可调控的拓扑结构和化学修饰，在脊髓损伤修复中具有巨大的应用潜力，已被广泛应用于脊髓损伤的组织工程研究。它能够为神经组织的再生提供良好的微环境，促进神经再生、支持种子细胞增殖及增强神经修复能力，同时可优化脊髓损伤治疗中生物活性物质的控释效果，在脊髓损伤动物模型中展现出满意的治疗效果，是脊髓损伤修复的潜在理想材料。然而，其临床转化仍面临安全性、有效性及伦理与监管合规性等挑战。未来研究应着重于优化支架的设计和制备方法，并深入探索再生神经组织的生物相容性和生理调控机制，以提升安全性与长期疗效，促进宿主组织整合及功能性神经连接重建，推动丝素蛋白仿生支架在脊髓损伤修复中的临床应用。

来源：骨科2025年7月第16卷第4期

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