蚕丝是目前世界上产量最大的天然纤维之一，广泛应用于服装纺织领域。丝素蛋白是蚕丝的主要成分，在蚕丝中含量较高，容易分离提纯，具有许多独特的物理、化学性质和优良的生物相容性。由于丝素的来源简单、纯度高并具有良好的生物相容性，近年来，越来越多的研究人员尝试使用丝素蛋白代替常规的生物医用材料。

丝素蛋白的性能特点

生物相容性

生物相容性是指材料与人体之间相互作用而产生的各种复杂的生物、物理和化学反应。植入人体的生物材料必须无毒、无致敏性，对组织、血液和免疫等系统不能产生不良反应。生物相容性是由材料本身的成分和结构决定的，一般分为材料表面的生物相容性和结构相容性两方面，表面相容性由材料表面的化学性质控制，影响细胞的贴附和延伸；结构上的生物相容性是指材料在空间结构上影响细胞的生长和繁殖。

丝素蛋白具有良好的生物相容性。大量研究发现骨髓细胞能在丝素载体上正常生长。国外有科学家在纯丝素膜上培养来源于人体不同组织的不同细胞，如上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞、角化细胞等，扫描电镜观察发现，所有的细胞都能在丝素膜表面贴附、延伸，细胞之间联系紧密。其中绝大多数细胞能在丝素膜表面存活，并覆盖于整个膜表面和材料表面的凹陷，细胞的生长对材料的结构并无改变。

可降解性

可降解性是指随着机体组织的逐渐生长，植入材料被不断降解并最终完全被新生组织替代，在植入部位和宿主组织间不再有明显的界面区分。理想的可降解材料应具有与修复区组织细胞生长速度一致的降解速率，同时，不能降低相关的力学性能，这样才能为新生组织提供相应的力学支撑。此外，降解后的产物不能引起组织免疫反应。

丝素蛋白可降解，降解时间可控，且降解产物安全性高。研究表明，丝素蛋白植入生物体后能够被完全降解，且其降解速率能够通过在丝素蛋白纤维的制备过程中添加不同浓度的氯化钙溶液等方法加以控制。与当前的人工材料，如聚乳酸、聚乙二醇等相比，丝素蛋白的降解产物为小分子氨基酸，安全性更高，而人工材料的降解产物会通过降低环境的pH值而产生明显的炎症反应。胶原蛋白在降解过程中同样无炎症反应，但其降解的速度受到交联度影响，导致降解速度不易控制。

力学性能

力学性能是生物医用材料的基础性能指标。虽然天然蚕丝纤维断裂强度和断裂伸长率一般，但是通过调节分子量、调节固化参数、成型手段以及掺杂固相增强颗粒等技术手段，可以调节并控制丝素蛋白的力学性能，以满足不同的临床需求。目前，改善丝素材料力学性能已成为丝素蛋白生物材料领域的重要研究课题，也是区分各个研究团队技术能力的重要指标。

可加工性

丝素蛋白具有多样的加工性，可加工成不同形态，应用领域广泛。丝素蛋白除了可以以纤维状态存在，还可被加工成颗粒状、纤维状、薄膜状，以及三维（3D）多孔支架等，也可用于制造水凝胶、海绵、微球体、薄膜等生物医用材料。

丝素蛋白的临床应用进展

目前，由于丝素蛋白材料在力学性能方面的不足，其临床应用主要局限在人造血管、伤口敷料、人工肌腱韧带等对受力要求不高的领域，而源星资本于2019年投资的广州科越生物是目前唯一一个掌握了丝素蛋白材料在力学强度和弹性模量方面的调控工艺技术的团队，从而将丝素蛋白材料的临床应用拓展到了接骨钉、接骨板等硬组织领域。

科越生物的技术来源于中科院上海微系统与信息技术研究所，中科院专家在研究微电子领域材料进展时，意外发现在丝素蛋白材料制备工艺技术上取得的突破能够很好地满足医疗领域的部分需求，该发现随即由华山医院神经外科团队在动物实验模型上得到了验证，相关论文发表在材料学领域最顶级的期刊

以往，丝素蛋白一直无法制造出大规格的板材，因为在大规格板材的生产加工过程中很难把产生的气泡去除干净，而中科院专家在制备工艺上的技术突破，解决了气泡和尺寸的问题，能够稳定可靠地生产出致密无气泡的丝素蛋白棒材和板材，保证了材料的力学强度和均质性。型材上的突破为后续各种不同类型及用途的医用耗材加工提供了前提条件。

大规格、均质性的丝素蛋白棒材和板材

在丝素蛋白棒材和板材基础上加工而成的多种规格的接骨钉和接骨板

除了在型材上的突破，科学家们通过对制备过程中各个环节的溶液成分及浓度、温度、时间等多个环境参数的调控，实现了丝素蛋白材料力学性能和降解性能的可调控，进一步拓展了丝素蛋白材料在临床上的应用范围。

实现了“塑性到脆性”可调控

实现了力学强度和弹性模量可调控

接骨钉在小鼠体内的降解实验证明降解速率可调控

基于科研端的技术突破和临床端的应用需求一拍即合，全新的材料技术平台和明确的临床应用方向随后便吸引来产业界的张伟博士，其曾任冠昊生物的研发总监，从事生物医用材料及器械开发十余年，具有多个三类产品的开发上市经验。在一切条件都具备之后，科越生物顺利于2017年成立。

公司与华山医院神外科团队紧密合作，目前已设计制造出全球首款丝素蛋白基的颅外科接骨板和接骨钉，用于神经外科颅骨修复术中颅骨的固定和修复。接骨板和接骨钉是颅骨修复术中最常用的耗材，现有金属材料（如：不锈钢、钴铬合金、钛合金等）制成的骨钉和骨板存在高应力、易感染、易引起排异反应、对温度敏感及触感不适等问题。而现有以合成高分子材料制成的骨钉和骨板则存在易引发炎症、骨重塑不全、降解过程累积水和二氧化碳等缺点，近年来的一些研究还发现合成高分子材料（伴随慢性炎症）在长期来看可能会有一定致癌风险。丝素蛋白材料相比目前常用的金属材料及合成高分子材料，展现出了非常好的生物相容性，无应力遮挡，且丝素蛋白材料具有磁兼容性，1.5T、3.0T甚至7.0T的MRI检查均可适用，这一性能对于患者的后期随访及其他疾病检查非常重要。

目前临床上用得最多的颅外科接骨钉是强生辛迪思公司的可降解颅骨固定系统，而基于丝素蛋白的产品可降解，韧性优异，且产物为天然氨基酸，和聚乳酸相比，在产品的强度和降解产物上更安全，生物相容性更高，可以在很大程度上降低炎症反应。

强生辛迪思（Synthes）

科越生物

产品名称

可吸收固定系统

生物可吸收颅外科接骨板钉

材料组成

丝素蛋白

型号/规格

骨板：2孔、4孔板等，厚度1.0-1.2mm；骨钉：直径1.5mm、2.0mm，长度4-8mm。

骨板：2孔、4孔等，厚度1.0-1.5mm；骨钉：直径2.0mm，长度4.5-5.5mm。

吸水性能

降解时间

12-24月，完全吸收时间2年以上

降解时间可控，完全吸收时间2年以上

降解产物

乳酸和羟基乙酸

可吸收的多肽或氨基酸

塑形方法

骨板需采用水浴加热才可弯曲塑形

骨板用生理盐水浸泡15-45分钟后变软，韧性增加，可弯曲塑形

优缺点

降解产物呈酸性，易引起炎症反应

生物相容性高，方便临床医生操作

公司已完成丝素蛋白基颅外科接骨板钉在狗身上的动物实验，并对实施手术的狗进行了长达12个月的目视观察（图a），骨瓣通过由2块丝素蛋白接骨板和4根丝素蛋白接骨钉组成的固定系统固定在头盖骨上（图b），植入12个月后，丝素蛋白接骨板钉没有出现移位，相邻骨顺利连接（图c），从颅骨下侧可以观察到骨瓣与颅骨完全重连（图d），图e为植入12个月后的丝素蛋白骨钉/骨界面横断面图像，图f为骨瓣/颅骨界面横切面图像，可以看到12个月后已生长出胶原组织将骨瓣与颅骨重新连接。整个观察期内植入材料未引起严重的不良免疫反应。

接骨板钉动物实验

目前，公司在为进入临床试验做前期的准备。整个临床试验将包括华山医院在内的6家临床参与单位，这6家临床中心均为国内神经外科领先的医院，有充分的临床使用量，可确保试验结果的权威性、病例入组的快捷性、产品上市后销售的快速起量等。

未来，公司还将基于丝素蛋白的技术平台陆续推出跟腱韧带固定材料、硬脑膜补片、脊膜补片、疝补片、乳房补片、皮肤创面修复膜等系列产品。

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