这些科学家想给病人用丝绸包裹的药物

这些科学家想给病人用丝绸包裹的药物

CNN记者丽贝卡·凯恩斯报道

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美国东部时间2024年12月2日周一晚上8:46更新

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几个世纪以来，美国一直在制造奢华的布料和服装。现在，大学分拆出来的EngineLife想用丝素蛋白，一种从丝纤维中提取的蛋白质，作为药物的药物载体。科学家们已经不是第一次从昆虫身上寻找灵感了:看看这个画廊吧。

发动机寿命

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西班牙苍蝇是一种遍布欧洲和亚洲的翠绿色疱甲虫，它分泌一种叫做斑蝥素的有毒物质，可以用来治疗引起瘙痒疙瘩的病毒性皮肤感染传染性软疣。这种物质是YCANTH(一种局部疗法)的活性成分。斑蝥素已在亚洲医学中用于同样的目的，并正在探索作为一种可能的癌症治疗方法。

胭脂虫是一种微小的软体昆虫，生活在南美洲和美国西南部的仙人掌上。它们产生胭脂红酸，研究表明这种酸可以防止果糖引起的肾脏损伤。猩红色的雌性胭脂虫也被用来制造胭脂红，胭脂红是一种用作食品和药品染料的红色颜料。大约70，000只昆虫被用来制造一公斤的染料。

对果蝇的研究极大地提高了对先天免疫的科学理解，先天免疫是人体抵御有害物质的第一道防线。toll基因的发现——对果蝇产生越来越多的抗菌反应至关重要的基因——以及随之而来的对哺乳动物先天免疫的研究为布鲁斯·博伊特勒和朱尔斯·霍夫曼赢得了2011年诺贝尔生理学或医学奖。果蝇的寿命很短，约为7周，可以更快地追踪多代的发展，也已经被用于其他医学研究，包括癌症。

也称为医用蛆，普通绿蝇幼虫具有抗菌特性，数百年来一直用于传统医学中的伤口愈合。最近的研究表明，幼虫可以加速伤口愈合和消毒。普通的绿瓶蝇比家蝇稍大，在世界大部分地区都能找到。

olybia paulista是一种南美黄蜂，因其在巴西圣保罗地区特别流行而得名，2015年被发现产生含有抗癌成分的毒液——一种杀死癌细胞而不伤害正常细胞的毒素。专家说，需要更多的工作来确定它是否有潜力作为一种治疗方法。黄蜂还产生多种毒素，可导致严重的过敏反应。

蜜蜂的蜂蜜长期以来一直被用作传统的伤口治疗方法:早在公元前2000年，苏美尔人就首次认识到它的治疗潜力。麦卢卡蜂蜜，由新西兰和澳大利亚沿海的本土植物制成，自2007年以来在美国获得FDA批准用于治疗伤口。专门用于医疗目的的蜂蜜往往经过消毒，比杂货店的蜂蜜更有效，并且可以与抗生素结合使用。它含有防止和限制细菌感染的特性和一种帮助受损组织愈合的酶。

受蜻蜓翅膀抗菌特性的启发，皇家墨尔本理工大学的研究人员创造了一种旨在消灭真菌的钛表面。这项研究——基于许多昆虫翅膀的结构可以物理破坏微生物的想法——可能对减少医院获得性感染的传播很重要。

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几个世纪以来，泰国生产的优质丝绸出口到世界各地。

然而，曼谷朱拉隆功大学的生物医学研究人员发现了这种纤维的另一种用途:将药物输送到体内。

药物输送系统有多种形式，从吞服的胶囊和片剂，到皮肤贴片、软膏和不同种类的注射剂。

朱拉隆功大学生物医学工程研究中心主任Juthamas Ratanavaraporn表示，丝素蛋白是赋予蚕丝惊人强度的天然蛋白质之一，可用于将药物封装在囊状形式中，这种形式比明胶或壳聚糖等其他天然蛋白质需要更长的时间才能分解，从而将药物缓慢释放到体内。

“蛋白质胶囊不需要大剂量或频繁的剂量，而是可以逐渐释放药物，达到身体所需的适当量。这种控制释放有助于减少总剂量和副作用的风险，”Ratanavaraporn说。

Ratanavaraporn已经研究丝绸超过17年，她在2021年与研究团队的另外两名教授一起将她的研究分拆成一家公司。他们的初创公司EngineLife正在将他们的研究商业化，并于今年早些时候将第一款产品推向市场，这是一款通过皮肤贴片进行治疗失眠的产品，获得了泰国FDA的批准。

“材料世界的变色龙”

一个多世纪以来，丝心蛋白一直是科学家们关注的焦点，并被广泛研究用于生物医学应用。

中国浙江大学应用生物资源研究所(Institute of Applied bio resource Research in Zhejiang University)的研究员帅亚军(Yajun Shuai)说，丝素蛋白具有生物相容性(对人体组织无害)、可持续性和成本效益，与目前用作药物载体的天然和合成材料相比，它有许多值得推荐的地方。

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丝心蛋白是一种从蚕茧中提取的蛋白质。美国有线电视新闻网

帅说，丝心蛋白是使用“简单、安全的方法”生产的，与其他天然蛋白质或合成药物输送系统相比，不太可能产生负面副作用。

浙江大学生物资源研究员杨明英说，丝素蛋白相对于其他天然聚合物的许多优势都归结于它的结构:它有一个强大、稳定的“β-折叠”，这使它能够以其他蛋白质无法实现的方式发挥作用，例如缓慢释放药物，并赋予它强度和灵活性。

“许多药物携带者就像短跑运动员——速度快但寿命短。丝心蛋白更像一个马拉松运动员，能够支持长期药物释放，”帅补充说。

杨将丝素蛋白描述为“材料世界的变色龙”，并表示其强度和柔韧性使其在医学上有广泛的用途，同时比其他材料提供更好的安全性和可持续性。

“丝心蛋白的降解速度就像一个开关——我们可以根据药物的需求进行调整，从几天到几个月不等。这种控制水平在其他药物携带者中很难找到，”帅说。

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蚕是毛毛虫，生产蚕茧是它们成为飞蛾的生命周期的一部分。发动机寿命

发育期痛

丝心蛋白已被用于从骨组织支架到角膜移植膜的各种用途。但很少有产品进入市场:2022年的科学评论发现，697项研究中只有3%进入临床试验，商业化的更少。美国美国食品药品监督管理局在20多年前就批准了丝心蛋白缝线的使用，但此后只有少数其他基于丝的医疗应用获得批准，包括神经导管SilkBridge和帮助声带的可注射植入物SilkVoice。

一个关键的挑战是丝绸的可变性。

在泰国，大多数丝绸是由农村地区的小型家庭农场生产的，原料是常年饲养的蚕。但是季节、气候和饲料的变化会在茧中产生微小的变化。

这对于生产丝绸面料来说不是什么大问题；但香港中文大学生物医学工程教授毛传斌说，就医学而言，一致性是关键。他没有参与Ratanavaraporn的工作。

“在真正的医疗应用中，你需要获得高度纯化的产品，”毛说，他强调了一个尚未大规模解决的问题，并补充说，制造一批又一批完全相同的“可再生产品”是一个重大挑战。

Ratanavaraporn说，这是EngineLife试图解决的一个问题，因为即使饲料和气候的微小差异也会改变丝蛋白的分子量，从而改变分解率和药物输送时间。

为了使丝心蛋白的质量标准化，EngineLife开始尝试不同的耕作过程和技术，甚至包括用于种植蚕所吃的桑叶的土壤。该公司现在已经实施了严格的标准，包括专门建造的养蚕设施，控制温度和湿度，以创造一个全年稳定的环境。

“我们需要确保丝绸生产过程尽可能稳定，每一批都是一致的，”Ratanavaraporn说。

监管机构的批准是将此类创新推向市场的另一个障碍。根据药物和给药方式的不同，EngineLife必须在泰国FDA注册不同类别的产品，Ratanavaraporn说，并补充说:“这对我们来说是最困难的一步，消耗了大量的预算和时间。”

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Engine Life由博士后研究员Juthamas Ratanavaraporn(左)于2021年共同创立。美国有线电视新闻网

缓慢而稳定

目前，EngineLife的农场每年生产约25-30公斤蚕茧，可生产100万剂医用丝素蛋白溶液。然而，Ratanavaraporn指出，其提取丝心蛋白的试点工厂最大容量为30，000剂医疗级丝心蛋白溶液，因此在规模化之前仍有工作要做。

与此同时，该公司正在继续开发新的治疗方法。

Ratanavaraporn说，她的研究目前集中在两个应用领域:透皮贴剂，通过皮肤上的小贴片向外输送药物；和用丝心蛋白制成的水凝胶，其可以注射。

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EngineLife的首款丝素蛋白产品——CBD失眠症皮肤贴片，今年早些时候在泰国上市。美国有线电视新闻网

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这家初创公司现在正在开发第二款产品，一种用于治疗骨关节炎的可注射水凝胶(如图)。美国有线电视新闻网

该公司今年早些时候开始在泰国销售其用于失眠的CBD丝素蛋白贴片，Ratanavaraporn认为这是市场上第一个使用丝素蛋白囊泡递送药物的产品。

现在，该团队正在开发下一款产品:一种用于治疗骨关节炎(一种关节疾病)的可注射水凝胶。目前，患者通常会在膝盖上注射一针，这可以在不同的时间内缓解疼痛——从一周到几个月不等。在她的研究中，Ratanavaraporn发现丝心蛋白可以在体内停留长达六个月，使药物缓慢释放，并减少注射次数。

“对于许多疾病和状况，我们不需要一次性注射万灵药；相反，我们需要药物的长时间持续释放，”她说。

Ratanavaraporn希望看到丝素蛋白用于更多的药物输送系统，以帮助泰国和国际上的患者——并以此为泰国丝绸农民提供另一个收入来源。

“丝绸作为一种面料已经有很高的价值，”她说，“但现在我们把它定位为医用材料，这至少增加了10倍的价值。”

美国有线电视新闻网的Kocha Olarn促成了这个故事。本文已更新。