蛛絲研究引領醫療移植進入“絲時代”

蛛絲是一種非凡的材料，雖然極其柔軟，但一磅蛛絲與一磅鋼材對比，蛛絲強度遠遠超過鋼材。蛛絲被吐出時是一種液體蛋白，很快凝結成固體，被織成多種結構的網。蜘蛛織網不僅效率高，而且耗能少，許多蜘蛛能反復吃掉舊網，吐出新絲來對它們進行翻新。

牛津大學動物學家弗里茨·沃萊斯研究蜘蛛已有40年了，他希望造出具有蛛絲般神奇性能的絲，用在醫療護理、移植和再生醫學領域，更好地服務于人類。早在1976年，沃萊斯發表了第一篇關于蜘蛛的論文，隨后又發表了一系列突破性研究，探索蛛網的獨特性質和功能。為了實地研究更多蜘蛛，他跑遍了世界，包括巴拿馬群島和巴布亞新幾內亞，跟蹤具有罕見特性的外來物種。

自古希臘開始，人們就有用蛛網清理傷口的傳統，認為這樣能止血，預防感染。沃萊斯對這種做法進行了實驗。他們用蛛網貼縛在多種動物傷口上，發現蛛絲能和組織完美地融合在一起。

沃萊斯說：“蛛絲天然具有生物相容性，所以傷口并不排斥它。”蛛絲還能生物分解，這表明縛在傷口上的蛛絲是隨著傷口愈合被組織吸收了。“即使是從蛛網上取下來的不太干凈的絲，也有愈合傷口的功效，不需要事后除去它們。”

借蛛絲密碼合成新材料

沃萊斯對蛛絲成分進行分析后發現，蛛絲蛋白有著獨特的排列模式，這種特殊蛋白質結構是高強度和韌性的源頭，使其能抵抗壓力和變形。沃萊斯發現，金圓織網蛛（Golden Orb Weaver spider）能吐出7種不同類型的絲，各有不同用途，其中用于懸掛的牽引絲強度最高。以這種牽引絲為模型，有望開發出一種新的生物醫學移植體，擁有蛛絲那樣的超高強度和承受力，作為傳統移植體的替代品。

但沃萊斯指出，這要解決生產供應的問題。因為要大量制造蛛絲是不可能的，蜘蛛是食肉族，無法大規模飼養，麻醉它們一次也只能抽取一根絲。為此，他們把目標轉向了蠶絲。人類養蠶生產絲綢制品已有5000多年歷史，通過工業化飼養，每年生產的蠶絲可達15萬噸。但美中不足的是，蠶絲的強度不如蛛絲，還含有一種有毒的膠，用于醫療手術并不理想。

沃萊斯成為牛津大學絲集團總裁后，發現了一種野生的蠶，吐出的絲和蛛絲蛋白結構很相似。他對這種蠶絲蛋白進行了基因測序，并與蜘蛛牽引絲的蛋白結構進行了對比，然后將蠶絲溶解，除去其中有毒的膠，再重組為一種高強度的清潔材料，命名為Spidrex（蛛蠶絲）。絲集團的這一成果吸引了大量商業人士的興趣，為此沃萊斯創立了牛津生物材料紡織公司，開發蛛絲的商業化應用。

蛛絲制品走進手術室

在美國，每年有60萬例膝蓋手術，成本高達130億美元，這一數字預計還會大幅度上升。目前的塑料軟骨移植物效果并不好，甚至有些最后不得不取出來，因為帶來了嚴重的并發癥。沃萊斯開始實驗能否用蛛蠶絲制造人工骨骼、敷布和縫線，最后發現，它很適合作為膝蓋替代物。

絲集團創立了第二家子公司Orthox公司，用蛛蠶絲來制造一種延展性材料，再塑造成替換用的膝蓋軟骨結構，還可用作生物相容性支架，支持組織再生。沃蘭斯說：“細胞用它作為一種支架，隨著支架逐漸分解，細胞長進去填充了新的軟骨，重新恢復原有強度。”研究人員的設想是，在5年內造出能替換原來軟骨的移植物。

目前這種移植體尚處于臨床實驗半途，沃萊斯對目前的進展感到滿意。他說：“患者和醫生都會很高興，相信到2018年，這種移植物就能普遍供應了。他們另一家初創子公司Neurotex還開發出一種用于周邊神經修復的支架，正在試驗中。團隊希望將這種支架用于中樞神經系統，幫助逆轉因嚴重脊髓損傷而造成的癱瘓——這是另一個迫切需要更多選擇的領域。

醫療移植進入“絲時代”

以蛛絲和轉基因蠶絲為基礎的醫療領域充滿了各種可能，幾乎每天都有論文發表，探索絲材在再生醫學中的應用。世界各研究團隊正在利用一系列創新技術開發新型材料。比如，把蜘蛛DNA插入山羊體內產生轉基因羊毛，甚至插入酵母菌，讓人們能用酵母菌紡絲。

絲材料可用在縫合、支架和移植中，大量移植體可以用這種生物醫學材料來替代。韓國組織工程與再生醫學學會秘書長Insup Noh教授說：“在許多醫療程序中，使用真絲將成為標準規程。真絲材料已被批準用作生物原料，與其他新出現的聚合生物材料相比，這是個很大的優勢。”

目前，絲集團和沃萊斯的團隊正在研究自行車頭盔、飛機板和軍隊制服，同時他們還在研究蜘蛛為何能以超高效率吐絲織網，以改進工業制造。隨著合成蛛絲衣物越來越受歡迎，它還可作為一種新型的污染傳感裝置。