胡豆豆，楊明英，朱良均

（浙江大學(xué)應(yīng)用生物資源研究所，浙江杭州310058）

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絲素蛋白生物材料對細胞行為的影響

胡豆豆，楊明英，朱良均

（浙江大學(xué)應(yīng)用生物資源研究所，浙江杭州310058）

摘要：生物材料的相容性一直是組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要議題。組織細胞能對外界環(huán)境作出不同的響應(yīng)，但只有在天然生長環(huán)境中（細胞外基質(zhì)）細胞才能發(fā)揮其正常的功能。因此構(gòu)建基于絲素蛋白的仿生生物材料是處理生物相容性的可行途徑之一。本文介紹了細胞與細胞外基質(zhì)相互作用的機理，總結(jié)了近年來絲素來源的生物材料影響細胞黏附、遷移、增殖和分化等行為的因素，包括材料的化學(xué)成分、拓撲結(jié)構(gòu)（纖維尺寸、支架孔徑和表面特性）以及力學(xué)特性，并在此基礎(chǔ)上討論了存在的問題及今后的發(fā)展方向，為設(shè)計新一代的生物材料提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：絲素蛋白；相容性；細胞行為；相互作用

絲素蛋白（silk fibroin，SF）是構(gòu)成繭絲的主要成分，它賦予繭絲獨一無二的理化特性。憑借一系列優(yōu)異的生物特性，絲素蛋白逐漸成為組織工程研究領(lǐng)域所青睞的天然生物原料之一。組織工程是運用細胞生物學(xué)和工程學(xué)的方法，設(shè)計和構(gòu)建適合生物活體組織生長的生物材料，以達到修復(fù)或重建組織器官的結(jié)構(gòu)和功能［1］。在這個過程中，生物材料與組織細胞的相互作用顯得尤為重要，因此生物相容性是評價生物材料優(yōu)良與否的重要指標(biāo)。近年來生物相容性的研究主要集中在細胞尺度上的細胞相容性。得益于研究手段和技術(shù)的提高，細胞相容性從早期簡單的評價細胞毒理學(xué)和細胞數(shù)目、形態(tài)［2～3］逐步深入到細胞代謝、信號傳導(dǎo)、基因表達產(chǎn)物等［4～6］分子水平的分析。在生物體內(nèi)細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）為細胞的黏附、遷移、生長和分化提供了良好的環(huán)境，目前一些研究者試圖從模擬細胞外基質(zhì)的角度出發(fā)來構(gòu)建組織工程的生物材料。由于細胞外基質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在絲素中復(fù)合其它天然成分——如膠原［7］、殼聚糖［8］、透明質(zhì)酸［9］等——已成為一種普遍的研究手段。

組織工程的發(fā)展對細胞相容性研究提出了越來越高的要求，人們對生物材料與細胞的相互作用越來越重視，希望能從本質(zhì)上揭示其互作的分子機理，為設(shè)計和構(gòu)建能促進和指導(dǎo)組織修復(fù)和再生的生物材料提供理論依據(jù)。因此，本文介紹細胞外基質(zhì)基質(zhì)與細胞間的作用并綜述基于絲素蛋白的生物材料的物化屬性對細胞行為的影響。

1　基質(zhì)與細胞作用的分子基礎(chǔ)

1.1參與基質(zhì)—細胞作用的成分

細胞外基質(zhì)是由細胞分泌到細胞外間質(zhì)中的生物大分子構(gòu)成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持、連接組織結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)細胞的生理活動。按功能細胞外基質(zhì)的組成可分為三大類：①糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG），由重復(fù)二糖單位構(gòu)成的無分枝長鏈多糖，在結(jié)締組織中發(fā)揮多種功能。硫酸乙酰肝素、硫酸軟骨素和透明質(zhì)酸是三種主要的類型；②結(jié)構(gòu)蛋白，如膠原蛋白和彈性蛋白，它們?yōu)榧毎饣|(zhì)提供一定的強度和韌性；③黏著蛋白，包括纖粘連蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）和層粘連蛋白（laminin，LN），它們均為糖蛋白，是影響細胞黏附和分化的重要因子［10～11］。

細胞黏附分子是位于細胞膜上的一類跨膜糖蛋白，以受體—配體結(jié)合的形式發(fā)揮作用。它們的特異性結(jié)合使細胞和細胞間、細胞和基質(zhì)間或細胞—基質(zhì)—細胞間發(fā)生黏附，參與細胞的識別、活化和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、增值分化、伸展與遷移，是免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)、凝血、腫瘤轉(zhuǎn)移以及創(chuàng)傷愈合等一系列重要生理和病理過程的分子基礎(chǔ)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點黏附分子可分為整合素家族、選擇素家族、免疫球蛋白超家族和鈣黏蛋白家族等［11］。其中，整合素家族是在組織工程研究中報道得最廣泛的黏附分子。

1.2細胞在基質(zhì)上的黏附

細胞與基質(zhì)的黏附可分為非特異性黏附和特異性黏附。

非特異性黏附的基本模型是DLVO理論［12］，主要涉及細胞與基質(zhì)表面的靜電作用和范德華力。當(dāng)細胞接近基質(zhì)表面時，潛在的自由能降低，表明長程靜電相互作用（排斥力）和長程范德華力的相互作用（吸引力）達到平衡。由于第二最小值的影響，細胞在基質(zhì)表面附著并不緊密，只有當(dāng)細胞克服勢能壘進入第一最小值，才能與表面緊密黏附。

特異性黏附主要涉及由細胞黏附分子介導(dǎo)的與細胞外基質(zhì)中黏著蛋白的受體—配體反應(yīng)。以整合素為例，當(dāng)整合素與基質(zhì)外配體結(jié)合后，在Rho-A小分子GTP酶的刺激下黏著斑開始形成。黏著斑是一種幾平方微米的的扁平而伸長的連接結(jié)構(gòu)，通常位于細胞外周［13］。黏著斑在細胞質(zhì)端結(jié)合有銜接蛋白（樁蛋白、距蛋白、黏著斑蛋白、α輔肌動蛋白和張力蛋白），銜接蛋白與肌動蛋白絲網(wǎng)絡(luò)相連，并結(jié)合一些信號傳遞蛋白（圖1）。黏著斑的形成是細胞外基質(zhì)與細胞相互作用的基礎(chǔ)，也是影響細胞后續(xù)功能的前提條件。

圖1　黏著斑示意圖［14］Figure 1 A schematic showing how the cell adheres to the substrate

1.3由信號通路介導(dǎo)的細胞行為

由整合素介導(dǎo)的黏著斑的形成使細胞外基質(zhì)與細胞骨架建立了聯(lián)系。整合素不僅具有黏合作用，更重要的是它起著受體和信號轉(zhuǎn)換器的作用，可將信息雙向跨膜傳輸。整合素活化引起一系列信號通路的激活，如Wnt信號、NO信號、維甲酸信號和蛋白激酶C信號（PKC），這些信號通路引起細胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子活性的增強或減弱，從而調(diào)控基因的特異性表達，細胞代謝活性隨之發(fā)生變化進而影響細胞的命運，如黏附、遷移、分化或凋亡［15］。

2　絲素材料理化特性對細胞行為的影響

在生物體內(nèi)，組織細胞生活在細胞外基質(zhì)的微環(huán)境中，細胞外基質(zhì)時刻與細胞進行著物質(zhì)和信息的交流，這種交流是細胞發(fā)揮功能的基礎(chǔ)?；诩毎畹奶烊画h(huán)境，仿生材料的設(shè)計——如模擬細胞外基質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)建的生物材料——很可能是解決組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中某些問題的最具前景的手段之一。大量前期研究表明［2，3，16～20］，基于絲素蛋白的仿生生物材料能夠很好的行使天然細胞外基質(zhì)的某些功能，如促進細胞生長、引導(dǎo)細胞遷移、分化等。然而，這類仿生生物材料的哪些特性能夠進細胞應(yīng)答、以及如何促進細胞應(yīng)答？現(xiàn)階段對這個問題的研究已經(jīng)逐漸成熟并取得了一定的進展，將影響細胞生物學(xué)行為的材料因素可歸納為以下三個方面。

2.1化學(xué)成分

細胞外基質(zhì)主要由纖維網(wǎng)架和凝膠基質(zhì)構(gòu)成。纖維網(wǎng)架由膠原蛋白和彈性蛋白構(gòu)成，凝膠基質(zhì)包括氨基聚糖和蛋白聚糖。由于絲素蛋白與膠原蛋白在氨基酸組成上的互補以及殼聚糖（chitosan，CS）與氨基聚糖結(jié)構(gòu)的相似性，常選擇膠原、絲素、殼聚糖等作為模擬細胞外基質(zhì)成分的原料。

相比于家蠶絲素蛋白，柞蠶絲素蛋白來源的生物材料能更好的促進細胞在材料上的黏附，原因在于柞蠶絲素蛋白特有的RGD三肽序列（Arg-Gly-Asp）是一種細胞外基質(zhì)與細胞溝通的信號分子，能與細胞膜上的整合素特異性結(jié)合，引起整合素介導(dǎo)的信號通路開放，從而增強細胞在基質(zhì)上的黏附。Patra等［6］將從印度柞蠶絲腺中提取的絲素溶于1%的SDS（十二烷基硫酸鈉）水溶液，經(jīng)冷凍干燥制備出多孔3D支架，同時以家蠶絲素蛋白制備的3D支架以及明膠、纖粘連蛋白基質(zhì)作為對照。將三日齡的Sprague-Dawley大鼠心肌細胞接種于4種基質(zhì)上。通過研究心肌細胞在基質(zhì)上的黏附情況、代謝活性和細胞間作用發(fā)現(xiàn)，6 h后心肌細胞在柞蠶絲素組的黏附數(shù)量和在纖粘連蛋白組的數(shù)量大致相當(dāng)，顯著高于明膠組和家蠶絲素組。說明心肌細胞在柞蠶絲素支架上的黏附和擴散比家蠶絲素支架要更快。同時觀察到間隙連接蛋白connexin 43在柞蠶絲素組和纖粘連蛋白組的含量顯著高于家蠶絲素組和明膠組，并且柞蠶絲素組和纖粘連蛋白組的心肌細胞形成了成熟的肌節(jié)。表明柞蠶絲素能夠促進心肌細胞肌節(jié)的成熟和排列，肌節(jié)的生成在細胞形成組織過程中的關(guān)鍵因素。作者通過四肽RGDS（Arg-Gly-Asp-Ser）培養(yǎng)的實驗證明造成心肌細胞在不同基質(zhì)上的表現(xiàn)是由于柞蠶絲素和纖粘連蛋白中都含有RGD序列的緣故。因此，柞蠶絲素蛋白為構(gòu)建組織工程生物材料提供了新的選擇。

為了結(jié)合不同天然材料各自的優(yōu)點，研究人員常對其進行復(fù)合。用于研究基質(zhì)—細胞反應(yīng)的天然材料一般是膠原、絲素、殼聚糖和明膠等。Wang等［21］用雙模板誘導(dǎo)共組裝法制備了混有羥基磷灰石的膠原/絲素支架，以膠原或絲素的單一支架作為比較。將鼠骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）接種于支架上，體外成骨誘導(dǎo)培養(yǎng)。發(fā)現(xiàn)在三組支架材料上均觀察到了干細胞的分化且雙模板組細胞數(shù)量顯著高于單一模板組，但特定的骨形成指示分子如堿性磷酸酶（ALP）和與骨形成相關(guān)的特定蛋白如骨鈣素、骨連接蛋白的含量在雙模板組和單模板組沒有顯著差異；在體內(nèi)試驗中，雙模板組和單模板組都能促進新骨的形成，但形成新骨的百分比雙模板組顯著高于單模板組。在另一項研究中，Lai等［22］將人骨髓間充質(zhì)干細胞（hMSCs）種植于由絲素/殼聚糖納米纖維膜狀支架上進行培養(yǎng)，并與單一材料的支架做了比較。研究表明單一絲素納米纖維支架主要負責(zé)促進細胞增殖，而單一殼聚糖支架主要負責(zé)促進細胞分化，復(fù)合支架在保持促進細胞分化的基礎(chǔ)上不影響對細胞的增殖效果。從這些研究可以看到，基于絲素的復(fù)合生物材料在對細胞行為影響的效果上要優(yōu)于單一材料。近來，Altman等［23］通過在絲素—殼聚糖支架上種植人脂肪源性間充質(zhì)干細胞（ASCs），觀察到在基質(zhì)—細胞界面干細胞形成了起支持和黏附作用的微絨毛和板狀偽足，表明絲素—殼聚糖支架和人脂肪源性間充質(zhì)干細胞的有良好的相互作用。

在天然細胞外基質(zhì)中還存在著一些對細胞生長發(fā)育起調(diào)節(jié)作用的刺激因子，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）［24］。使用化學(xué)手段將這些生物因子共價結(jié)合到絲素材料上也能提高細胞在材料上的表現(xiàn)。

2.2拓撲結(jié)構(gòu)

除了基質(zhì)的化學(xué)成分，基質(zhì)的拓撲結(jié)構(gòu)如纖維尺寸、支架孔徑、表面特性和微觀結(jié)構(gòu)等也會影響細胞的黏附、增殖和分化等功能。

2.2.1纖維尺寸

Min等［25］研究人口腔黏膜上皮細胞（NHOK）在三種不同形式的絲素基質(zhì)——紡布（微米纖維）、無紡布（納米纖維）和膜——上的響應(yīng)。細胞黏附實驗發(fā)現(xiàn)上皮細胞在無紡布和膜上的初始黏附活性要高于紡布。但造成這種差異的原因當(dāng)時還不明確，作者只是推測可能與基質(zhì)的β-折疊含量或纖維直徑有關(guān)。錢巧芬［26］制備了5同不同晶型結(jié)構(gòu)的絲素共混膜培養(yǎng)小鼠成纖維細胞（L929），沒有發(fā)現(xiàn)絲素晶型結(jié)構(gòu)對細胞的影響。Gupta等［27］通過比較人脂肪源性間充質(zhì)干細胞（hASCs）和人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HU-VEC）在微米級絲素殼聚糖纖維基質(zhì)和納米級絲素殼聚糖纖維基質(zhì)上的生長發(fā)現(xiàn)，納米纖維基質(zhì)比微米纖維基質(zhì)更能促進兩種細胞的黏附。認為這是由于納米纖維具有更大的比表面積能夠提供細胞更多的錨固位點造成的。因此他們的研究證實了纖維尺寸是影響細胞行為的因素之一。

在了解納米纖維能促進細胞活動的基礎(chǔ)上，人們試圖從分子水平上揭示基質(zhì)—細胞黏附的機制。Bondar等［28］深入探尋了納米和微米絲素基質(zhì)對人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVEC）和生長內(nèi)皮細胞（OEC）的影響，實時定量PCR發(fā)現(xiàn)兩種細胞的β-1整合素受體蛋白表達量在納米基質(zhì)中顯著高于微米基質(zhì)。進一步實驗發(fā)現(xiàn)在納米基質(zhì)中細胞與基質(zhì)間形成了明顯的黏著斑結(jié)構(gòu)。

2.2.2支架孔徑

合適的支架孔徑和孔隙率能為細胞生長遷移提供理想的表面和貫通孔道。前期研究表明適合細胞生長的最小孔徑為100 μm左右［29］。Bhardwaj等［8］制備出孔徑分布在100～155 μm的絲素殼聚糖支架培養(yǎng)貓科動物成纖維細胞（AH927），發(fā)現(xiàn)細胞在支架上生長良好。在隨后的研究中，Bhardwaj等［4］又詳細調(diào)查了絲素殼聚糖3D支架（128 μm）對鼠骨髓間充質(zhì)干細胞（rMSCs）的影響，以純柞蠶絲素支架（145 μm）和家蠶絲素支架（81 μm）作為比較。發(fā)現(xiàn)絲素殼聚糖支架和柞蠶絲素支架對細胞的黏附性能、增殖性能以及與軟骨形成相關(guān)的外基質(zhì)基因（Ⅱ型膠原、aggrecan和軟骨形成轉(zhuǎn)錄因子sox-9）的表達水平表現(xiàn)相當(dāng)，顯著高于家蠶絲素支架。表明除支架的化學(xué)成分外，較大的孔徑能提高軟骨生成的潛力。

2.2.3表面特性

表面粗糙程度的不同會在體內(nèi)誘發(fā)不同的免疫反應(yīng)。機體對外部植入材料的免疫應(yīng)答取決于表面拓撲結(jié)構(gòu)而非化學(xué)成分［30］。光滑的表面誘導(dǎo)嚴重的炎癥反應(yīng)，而粗糙的表面能降低先天免疫反應(yīng)的程度［6］。Diener等［31］研究了不同材料表面特性對MG-63成骨細胞形成黏著斑的大小、數(shù)量和動態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)粗糙表面的黏著斑數(shù)量要少于光滑表面。他們認為材料表面是通過影響?zhàn)ぶ邚亩鴽Q定細胞的行為。

2.3力學(xué)特性

細胞生活的外基質(zhì)在不同的組織其硬度差距懸殊，軟組織如大腦的彈性模量約為1 KPa，肌肉約為10 KPa，而硬組織如骨可達100 KPa［32］。有證據(jù)表明，黏附在基質(zhì)上的細胞會對基質(zhì)施加收縮力，從而導(dǎo)致細胞骨架產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。有趣的是這種應(yīng)力和細胞外基質(zhì)之間的關(guān)系會影響細胞的行為，如遷移、增殖、分化和凋亡［33］。Engler等［32］將人骨髓間充質(zhì)干細胞（hMSCs）培養(yǎng)在高、中、低三種不同硬度的聚丙烯酰胺凝膠上，最初小而圓的細胞分別在三種凝膠上發(fā)育成多邊形、紡錘形和分枝形的形狀。最近，Wen等［34］為了排除基質(zhì)孔隙對細胞分化的影響，制備了不同孔徑相同硬度的聚丙烯酰胺凝膠，在分化因子存在的情況下培養(yǎng)骨髓間充質(zhì)干細胞（MSCs）和脂肪源性間充質(zhì)干細胞（ASCs），發(fā)現(xiàn)孔隙不影響細胞分化；在相同孔徑不同硬度的基質(zhì)上，軟凝膠能促進脂肪生成，硬凝膠能促進骨生成。同年，Chaudhuri等［5］巧妙的混合海藻酸鈉和重構(gòu)基底膜制備了硬度可控且不影響成分和構(gòu)造的基質(zhì)，以觀察基質(zhì)硬度是如何影響乳腺上皮細胞形成腺泡組織。他們發(fā)現(xiàn)在沒有足夠?qū)诱尺B蛋白的情況下，增加基質(zhì)硬度導(dǎo)致細胞不能形成半橋粒結(jié)構(gòu)（形成正常腺泡組織的細胞連接）。說明細胞外基質(zhì)硬度和基質(zhì)中的配體蛋白共同調(diào)節(jié)半橋粒的生成，而半橋粒的形成是由β4整合素引起的Rac1和P13K信號通路引發(fā)的。

研究細胞外基質(zhì)硬度對細胞行為的影響一個最主要的障礙是制備以硬度為單一變量的基質(zhì)。而使用天然外基質(zhì)材料如膠原則不能準(zhǔn)確控制硬度，使用合成材料如聚丙烯酰胺則缺少與細胞表面特異作用的配體蛋白。因此，制備出硬度可控的絲素生物材料是研究的關(guān)鍵。Amornsudthiwat等［35］利用氧等離子蝕刻技術(shù)構(gòu)建了不同硬度的絲素膜，接種小鼠成纖維細胞（L929）觀察細胞行為，發(fā)現(xiàn)細胞在硬度大的絲素膜上遷移快。他們認為這是由絲素膜硬度引起的。但是，硬度大的絲素膜表面粗糙程度高。所以不能完全解釋細胞遷移率變化的問題。

3　展望

由于技術(shù)方法的進步，如應(yīng)用原子力顯微鏡評價表面拓撲結(jié)構(gòu)［35］、測定材料的力學(xué)性能［5］；通過免疫熒光染色觀察基質(zhì)—細胞作用的關(guān)鍵蛋白［28］等。這些技術(shù)使得我們能更深刻的認識基質(zhì)材料與細胞的相互作用。雖然目前已經(jīng)取得了一些成績，但還是有許多問題需要加以解決。多數(shù)試驗僅研究了在體外基于絲素的生物材料對細胞的影響，側(cè)重點主要集中在細胞的行為上。而生物材料發(fā)揮作用的場所是在生物體內(nèi)，因此這些材料是否可以應(yīng)用在組織工程修復(fù)還需要進一步體內(nèi)試驗的證明。另外，就材料的力學(xué)性能對細胞行為的影響方面，主要使用的材料還是無機合成材料，生物材料較少。究其原因，主要在于目前要想制備出力學(xué)性能單一變化的生物材料還有一定困難。隨著這些問題的解決，人們有望通過控制生物材料的化學(xué)成分、拓撲結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能來調(diào)控體內(nèi)細胞的行為，從而達到修復(fù)組織損傷的目的。

參考文獻

［1］周長忍.生物材料學(xué)［M］.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2004：288.

［2］Minoura N，Aiba S I，Higuchi M，et al. Attachment and growth of fibroblast cells on silk fibroin［J］. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1995，208（2）：511～516.

［3］Gotoh Y，Tsukada M，Minoura N，et al. Synthesis of poly （ethylene glycol）-silk fibroin conjugates and surface interaction between L- 929 cells and the conjugates［J］. Biomaterials. 1997，18（3）：267～271.

［4］Bhardwaj N，Kundu S C. Chondrogenic differentiation of rat MSCs on porous scaffolds of silk fibroin/chitosan blends［J］. Biomaterials. 2012，33（10）：2848～2857.

［5］Chaudhuri O，Koshy S T，Branco da Cunha C，et al. Extracellular matrix stiffness and composition jointly regulate the induction of malignant phenotypes in mammary epithelium［J］. Nature materials. 2014，13（10）：970～978.

［6］Patra C，Talukdar S，Novoyatleva T，et al. Silk protein fibroin from Antheraea mylitta for cardiac tissue engineering［J］. Biomaterials. 2012，33（9）：2673～2680.

［7］Maghdouri- White Y，Bowlin G L，Lemmon C A，et al. Mammary epithelial cell adhesion，viability，and infiltration on blended or coated silk fibroin- collagen type I electrospun scaffolds［J］. Mater. Sci. Eng.，C. 2014，43：37～44.

［8］Bhardwaj N，Kundu S C. Silk fibroin protein and chitosan polyelectrolyte complex porous scaffolds for tissue engineering applications［J］. Carbohydr. Polym. 2011，85 （2）：325～333.

［9］Garcia-Fuentes M，Meinel A J，Hilbe M，et al. Silk fibroin/hyaluronan scaffolds for human mesenchymal stem cell culture in tissue engineering［J］. Biomaterials. 2009，30（28）：5068～5076.

［10］Kuraitis D，Giordano C，Ruel M，et al. Exploiting extracellular matrix-stem cell interactions：A review of natural materials for therapeutic muscle regeneration［J］. Biomaterials. 2012，33（2）：428～443.

［11］熊黨生.生物材料與組織工程［M］.北京：科學(xué)出版社，2010：242.

［12］Temenoff J S，Mikos A G.生物材料：生物學(xué)與材料科學(xué)的交叉［M］.北京：科學(xué)出版社，2009.

［13］Geiger B，Bershadsky A，Pankov R，et al. Transmembrane extracellular matrix-cytoskeleton crosstalk［J］. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2001，2（11）：793～805.

［14］Ananthakrishnan R，Ehrlicher A. The forces behind cell movement［J］. Int. J. Biol. Sci. 2007，3（5）：303～317.

［15］Gao Y，Liu S，Huang J，et al. The ECM-cell interaction of cartilage extracellular matrix on chondrocytes［J］. Biomed Res. Int. 2014.

［16］Unger R E，Wolf M，Peters K，et al. Growth of human cells on a non-woven silk fibroin net：A potential for use in tissue engineering［J］. Biomaterials. 2004，25（6）：1069～1075.

［17］Mauney J R，Nguyen T，Gillen K，et al. Engineering adipose- like tissue in vitro and in vivo utilizing human bone marrow and adipose- derived mesenchymal stem cells with silk fibroin 3D scaffolds［J］. Biomaterials. 2007，28（35）：5280～5290.

［18］Jin H J，Chen J S，Karageorgiou V，et al. Human bone marrow stromal cell responses on electrospun silk fibroin mats［J］. Biomaterials. 2004，25（6）：1039～1047.

［19］Chiarini A，Petrini P，Bozzini S，et al. Silk fibroin/poly （carbonate）-urethane as a substrate for cell growth：In vitro interactions with human cells［J］. Biomaterials. 2003，24（5）：789～799.

［20］Yang Y，Ding F，Wu H，et al. Development and evaluation of silk fibroin-based nerve grafts used for peripheral nerve regeneration［J］. Biomaterials. 2007，28（36）：5526～5535.

［21］Wang J，Yang Q，Mao C，et al. Osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells on the collagen/ silk fibroin bi-template-induced biomimetic bone substitutes［J］. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 2012，100A（11）：2929～2938.

［22］Lai GJ，Shalumon K T，Chen SH，et al. Composite chitosan/silk fibroin nanofibers for modulation of osteogenic differentiation and proliferation of human mesenchymal stem cells［J］. Carbohydr. Polym. 2014，111：288～297.

［23］Altman A M，Gupta V，Rios C N，et al. Adhesion，migration and mechanics of human adipose- tissue- derived stem cells on silk fibroin-chitosan matrix［J］. Acta Biomater. 2010，6（4）：1388～1397.

［24］Karageorgiou V，Meinel L，Hofmann S，et al. Bone morphogenetic protein-2 decorated silk fibroin films induce osteogenic differentiation of human bone marrow stromal cells［J］. J. Biomed. Mater. Res. A. 2004，71A（3）：528～537.

［25］Min B M，Jeong L，Nam Y S，et al. Formation of silk fibroin matrices with different texture and its cellular response to normal human keratinocytes［J］. Int. J. Biol. Macromol. 2004，34（5）：281～288.

［26］錢巧芬.不同結(jié)構(gòu)的絲素蛋白材料與細胞相互作用研究［D］.蘇州：蘇州大學(xué)，2013.

［27］Gupta V，Davis G，Gordon A，et al. Endothelial and stem cell interactions on dielectrophoretically aligned fibrous silk fibroin-chitosan scaffolds［J］. J. Biomed. Mater. Res. A. 2010，94A（2）：515～523.

［28］Bondar B，F(xiàn)uchs S，Motta A，et al. Functionality of endothelial cells on silk fibroin nets：Comparative study of micro- and nanometricfibresize［J］. Biomaterials. 2008，29 （5）：561～572.

［29］Karageorgiou V，Kaplan D. Porosity of 3D biomaterial scaffolds and osteogenesis［J］. Biomaterials. 2005，26 （27）：5474～5491.

［30］Ratner B D，Bryant S J. Biomaterials：Where we have been and where we are going［J］. Annu. Rev. Biomed. Eng. 2004，6：41～75.

［31］Diener A，Nebe B，Luthen F，et al. Control of focal adhesion dynamics by material surface characteristics［J］. Biomaterials. 2005，26（4）：383～392.

［32］Engler A J，Sen S，Sweeney H L，et al. Matrix elasticity directs stem cell lineage specification［J］. Cell. 2006，126 （4）：677～689.

［33］Guilak F，Cohen D M，Estes B T，et al. Control of stem cell fate by physical interactions with the extracellular matrix［J］. Cell Stem Cell. 2009，5（1）：17～26.

［34］Wen J H，Vincent L G，F(xiàn)uhrmann A，et al. Interplay of matrix stiffness and protein tethering in stem cell differentiation［J］. Nature materials. 2014，13（10）：979～987.

［35］Amornsudthiwat P，Damrongsakkul S. Oxygen plasma etching of silk fibroin alters surface stiffness：A cell-substrate interaction study［J］. Plasma Processes and Polymers. 2014，11（8）：763～776.

Influence of Silk Fibroin-based Biomaterials on Cell Behaviors

HU Dou-dou，YANG Ming-yin，ZHU Liang-jun
（Research Institute of Applied Bioresource，ZhejiangUniversity，Hangzhou 310058，China）

Abstract：Compatibility between biomaterials and organismhasis an important topic in the field of tissueengineering and regenerative medicine. Tissue cells respond differently to environments，while they function well only in the natural microenvironment where they live（extracellular matrix，ECM）. It is a logical way to study biocompatibility by constructing silk fibroin（SF）- based biomimetic biomaterials. This review introduced the mechanism of interaction between cells and ECM，and summarized the effects of SF-based biomaterials on cell adhesion，migration，proliferation and differentiation in recent years，including chemical composition of biomaterials，topology（fiber size，scaffold pore size and surface characteristics），and mechanical properties. Moreover，on this basis existingproblems and future perspectives in this field were addressed to provide reference for the design of the next generation of biomaterials.

Key words：silk fibroin；compatibility；cell behaviors；interaction

中圖分類號：S886

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0258-4069［2016］01-006-06

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（21172194）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-22）；國家高科技研究發(fā)展計劃“863”項目（2013AA102507-1）

作者簡介：胡豆豆（1988-），男，湖北仙桃人，博士研究生。主要從事蠶業(yè)理化性質(zhì)及開發(fā)研究。E-mail：kevinhdd@163.com

通信作者：朱良均，男，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：ljzhu@zju.edu.cn