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组织工程学是一门多学科交叉的边缘学科，组织工程的兴起为临床上治疗骨缺损、软骨损伤、肌腱损伤等棘手问题提出了新的解决办法，具有良好的应用前景。 组织工程一词最早是由美国国家科学基金委员会于1987年正式提出和确定的，其基本方法是将体外培养的高浓度的功能相关的活细胞种植于天然的或人工合成的、具有良好生物相容性和生物降解性的细胞外基质材料上，经过一段时间的培养，将这种细胞生物材料复合体植入机体病损部位以形成新的具有其原来特殊功能和形态的相应组织和器官，达到修复创伤和重建功能的目的。
组织工程的技术关键是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体。这一三维空间为细胞的停泊、生长、繁衍、新陈代谢、新组织形成提供支持。作为组织工程细胞支架的生物材料应具备以下特性：良好的细胞亲和性；一定的孔径和互相沟通的三维孔结构；一定的几何形状；生物降解性，并最终被机体代谢或吸收。且支架的降解产物不对细胞繁殖产生不利的影响，其降解速度与细胞的增殖速度相匹配；一定的柔韧性，使之既能同机体组织缝合并贴合，又不会对机体组织造成机械损伤等。
近来，丝素蛋白这种天然高分子纤维蛋白已广泛用于组织工程的研究。Altman等认为丝素蛋白具有如下优点：(1)与其他天然纤维和许多高性能合成纤维相比，有独特的力学性能；(2)在外科领域的应用已有很长历史；(3)可以通过不同处理方法获得膜或其他形态，而且工艺相对简单；(4)可以通过某些氨基酸的氨基和侧链的化学修饰较容易地改变表面性能；(5)在体内外可以缓慢降解；(6)对生物体无危险性。
本文综述了近年来国内外有关种子细胞在丝紊蛋白细胞培养支架方面的研究进展以及应用前景。
1 丝素蛋白在组织工程细胞培养支架方面的研究
1.1 软骨细胞 关节软骨损伤后其自身修复能力有限。近几年丝素蛋白应用于组织工程，为关节软骨的修复开拓了一个新的领域。日本京都大学和东邦大学(《国外纺织技术》2002年第6期)使用丝素蛋白培养兔软骨细胞获得成功。实验把丝素蛋白溶解在水里。加工成海绵状，其小孔直径约为80μm，然后把软骨细胞“种植”在上面，在37℃的温度下进行培养，2周后海绵状丝素蛋白的表面便再生出软骨组织。上海医科大学吴海涛等在2000年首次采用蚕丝与软骨细胞进行复合培养，探索了蚕丝作为软骨细胞体外培养支架的可行性，他们将胰蛋白酶消化后的蚕丝任意缠绕成网状，用聚乳酸活鼠尾胶进行包埋，制成三维支架，观察软骨细胞生长情况，发现蚕丝对软骨细胞具有良好的吸附作用，并能维持软骨细胞正常形态和功能，是适合软骨细胞立体培养的良好天然支架。
1.2 骨细胞 骨缺损的修复一直是骨组织工程中不断深人研究的重要和热门课题。治疗骨缺损最理想的植骨材料就是自体骨，然而，自体骨移植存在骨源有限、取材不便，取骨处受到削弱，增大感染概率.增加患者痛苦，不适宜于老年人和少年儿童等诸多问题。因此，寻找一种自体骨的替代材料成为骨组织工程的当务之急。Fini等应用丝素蛋白水凝胶促进兔松质骨缺损动物模型的组织修复，结果发现12周后丝素蛋白水凝胶促进松质骨缺损的修复且没有明显的炎症反应。以上研究表明，丝素蛋白水凝胶应用于承重骨骼的修复(如股骨、胫骨)具有广阔的前景。
Kaplan等在把丝素蛋白支架材料用于骨组织工程方面作了很多研究。他们采用静电纺的方法制得丝素蛋白纤维支架材料，在材料上复合BMP-2(骨形成蛋白)或HA(羟基磷灰石)颗粒，通过体外培养的方式观察骨的形成。研究表明，BMP-2在丝素蛋白纤维材料上上具有生物活性，复合了BMP-2的丝素蛋白支架材料能支持钙的沉积；丝素蛋白材料能支持hMSCs(人类骨髓间叶干细胞)的生长和分化，有利于骨形成；复合了HA的丝蛋白支架材料能够促进骨形成；复合了BMP-2和HA的支架材料能在很大程度上提高钙的沉积和改善BMP－2的转录水平。这种加入促进骨组织生长因子的支架材料是非常有潜力的骨组织工程材料，在支架材料中加入组织生长因子来促进组织形成的方法也是今后组织工程支架材料的发展方向。此后，Kaplan等把复合了hMSCs的丝素蛋白支架材料用于体内和体外培养，事实证明经过体外培养的hMSCs／丝素蛋白复合支架材料具有良好的成骨能力，能够治愈临界尺寸的骨缺损。
1.3 骨髓间充质干细胞 骨髓具有造血及成骨作用，分为造血和基质两个系统。骨髓基质系统是指骨髓腔内为造血系统提供结构及功能支持的结缔组织，含有少量的多能基质干细胞，研究表明骨髓基质干细胞具有多向分化潜能，在特定的条件下可以形成多种间充质细胞，包括成骨细胞、成纤维细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌肉细胞及内皮细胞等。
Altman等将丝素蛋白纤维经特定的理化处理，在保证其抗拉强度下改善丝素蛋白纤维的弹性。形成接近于正常的前十字韧带结构的丝素蛋白基质材料，研究发现处理加工后的丝素蛋白三维支架同样支持间充质干细胞的黏附、增殖和分化，与间充质干细胞共培养2周时检测到韧带形成相关蛋白(Ⅲ型胶原、I型胶原、黏蛋白c)的转录水平明显增强，而成骨、成软骨相关基因未见明显改变，表明丝素蛋白支架促进了间充质干细胞向肌腱细胞的分化，且3周内未见丝素蛋白支架有明显的机械强度改变。Gregory等用经脱胶的家蚕丝素纤维制作人工十字韧带。将人类骨髓基质细胞(BM―SC)种植于支架材料上进行培养、扩增。扫描电镜、DNA定量测试和胶原含量测试等研究结果显示，此支架能支持人类干细胞向韧带系统的转化，同时此丝素蛋白支架也具有良好的力学性能和缓慢的降解性，有望打破前十字韧带临床治疗的局限性。
MeineI等和Kim等通过体内外一系列实验研究了间充质干细胞结合三维的丝素蛋白支架修复骨缺损。当培养基中加入含有骨形态发生蛋白2的成骨诱导培养基诱导后，反转录一聚合酶链反应检测到成骨相关基因的表达、免疫组织化学观察到钙沉积，同时发现接种于丝素蛋白支架上的间充质干细胞向成骨细胞分化明显提高。5周以后发现骨小梁的形成，随后将组织工程骨移植入骨缺损部位，同时移植接种间充质干细胞的丝素蛋白支架组、单一的丝素蛋白支架组和无移植物的空白对照组作为对照，移植5周后，工程骨和接种间充质干细胞的丝素蛋白支架组与周边组织良好融合，骨钙蛋白、骨桥蛋白染色呈阳性，工程骨组骨形成明显高于接种间充质干细胞的丝素蛋白支架组，骨小梁开始融合形成骨组织，类似于生理条件下的膜内成骨。
1.4 其他种子细胞在丝素蛋白细胞培养支架方面应用种子细胞在支架材料上黏附、代谢和增殖是组织工程研究的首要环节。Unger等报道了微孔的丝素蛋白无纺网材料能够支持人上皮细胞、内皮细胞、胶质细胞、角质化细胞、成骨细胞、成纤维细胞等的黏附、增殖、细胞间的相互作用等。同时他们还发现如果预涂上纤维连接蛋白，则观察到血管化作用中的内皮化现象。杨新林等探讨了人血管内皮细胞(HUVEC)在等离子体处理后的丝素蛋白膜表面的生长情况。结果发现SO2和NH3等离子体处理后，丝素蛋白膜表面分别被磺酸化和氨基化，并均能促进HUVEC细胞生长，而且对细胞形态和产生凝血因子的功能没有明显的影响，认为丝素蛋白是内皮细胞很好的培养基质。
此外，丝素蛋白支架在肝细胞组织工程中的应用也日益深入。KToyo take探讨了人体肝细胞在丝素膜上的体外培养。在丝素膜上播种肝细胞24 h后，观察到细胞沿基质表面和内部的网状结构作多重结构的附着。谷一草转氨酶(GOT)和谷一丙转氨酶(GPT)化验结果显示，接种1～7d，丝素膜上附着的肝细胞的COT和GPT活性值几乎没有降低，丝素膜上培养的肝细胞的氨处理能力和肝细胞白蛋白分泌能力也不低于目前最好的肝细胞培养基――胶原蛋白。另外，国内外诸多人士将人体平滑肌细胞、海马神经元、嗅鞘细胞、雪旺细胞、人类涎腺细胞植于化学修饰及改性的丝素蛋白材料，观察到丝素蛋白膜上生长的细胞贴壁良好，生长状况较好，证明了丝素蛋白材料具有良好的生物相容性。
2 前景展望
以上诸多实验证明，丝素蛋白对细胞表现了良好的细胞附着率和增殖率，而且不影响细胞活性，具有维持细胞正常形态和功能的作用，与目前被认为是生物相容性最好的物质――胶原蛋白效果相当，而且比聚乳酸等一些组织工程常用支架材料效果要好。因此，丝素蛋白完全可以用做多数种类细胞的培养支架。丝素蛋白缓慢的降解速度可以为细胞提供长久的支持，以匹配组织细胞的生长速度。这对于组织或器官的体外构建是非常适合的。丝素本身具有良好的机械性能，而且可以做成多种形态包括多孔结构材料。可以通过与其他一些材料相复合或者化学修饰改善其表面性能以满足特殊组织细胞培养需要以及支架材料的孔隙和形状要求。而如何进一步改进丝素材料的性能仍是丝素蛋白研究的一个重要方向。
随着生命科学、材料科学及相关物理、化学学科的高技术的迅速发展，丝素蛋白将有望突破传统框架在组织工程中发挥重要的作用。
