蛛丝研究引领医疗移植进入“丝时代”

蛛丝是一种非凡的材料，虽然极其柔软，但一磅蛛丝与一磅钢材对比，蛛丝强度远远超过钢材。蛛丝被吐出时是一种液体蛋白，很快凝结成固体，被织成多种结构的网。蜘蛛织网不仅效率高，而且耗能少，许多蜘蛛能反复吃掉旧网，吐出新丝来对它们进行翻新。

牛津大学动物学家弗里茨·沃莱斯研究蜘蛛已有40年了，他希望造出具有蛛丝般神奇性能的丝，用在医疗护理、移植和再生医学领域，更好地服务于人类。早在1976年，沃莱斯发表了第一篇关于蜘蛛的论文，随后又发表了一系列突破性研究，探索蛛网的独特性质和功能。为了实地研究更多蜘蛛，他跑遍了世界，包括巴拿马群岛和巴布亚新几内亚，跟踪具有罕见特性的外来物种。

自古希腊开始，人们就有用蛛网清理伤口的传统，认为这样能止血，预防感染。沃莱斯对这种做法进行了实验。他们用蛛网贴缚在多种动物伤口上，发现蛛丝能和组织完美地融合在一起。

沃莱斯说：“蛛丝天然具有生物相容性，所以伤口并不排斥它。”蛛丝还能生物分解，这表明缚在伤口上的蛛丝是随着伤口愈合被组织吸收了。“即使是从蛛网上取下来的不太干净的丝，也有愈合伤口的功效，不需要事后除去它们。”

借蛛丝密码合成新材料

沃莱斯对蛛丝成分进行分析后发现，蛛丝蛋白有着独特的排列模式，这种特殊蛋白质结构是高强度和韧性的源头，使其能抵抗压力和变形。沃莱斯发现，金圆织网蛛（Golden Orb Weaver spider）能吐出7种不同类型的丝，各有不同用途，其中用于悬挂的牵引丝强度最高。以这种牵引丝为模型，有望开发出一种新的生物医学移植体，拥有蛛丝那样的超高强度和承受力，作为传统移植体的替代品。

但沃莱斯指出，这要解决生产供应的问题。因为要大量制造蛛丝是不可能的，蜘蛛是食肉族，无法大规模饲养，麻醉它们一次也只能抽取一根丝。为此，他们把目标转向了蚕丝。人类养蚕生产丝绸制品已有5000多年历史，通过工业化饲养，每年生产的蚕丝可达15万吨。但美中不足的是，蚕丝的强度不如蛛丝，还含有一种有毒的胶，用于医疗手术并不理想。

沃莱斯成为牛津大学丝集团总裁后，发现了一种野生的蚕，吐出的丝和蛛丝蛋白结构很相似。他对这种蚕丝蛋白进行了基因测序，并与蜘蛛牵引丝的蛋白结构进行了对比，然后将蚕丝溶解，除去其中有毒的胶，再重组为一种高强度的清洁材料，命名为Spidrex（蛛蚕丝）。丝集团的这一成果吸引了大量商业人士的兴趣，为此沃莱斯创立了牛津生物材料纺织公司，开发蛛丝的商业化应用。

蛛丝制品走进手术室

在美国，每年有60万例膝盖手术，成本高达130亿美元，这一数字预计还会大幅度上升。目前的塑料软骨移植物效果并不好，甚至有些最后不得不取出来，因为带来了严重的并发症。沃莱斯开始实验能否用蛛蚕丝制造人工骨骼、敷布和缝线，最后发现，它很适合作为膝盖替代物。

丝集团创立了第二家子公司Orthox公司，用蛛蚕丝来制造一种延展性材料，再塑造成替换用的膝盖软骨结构，还可用作生物相容性支架，支持组织再生。沃兰斯说：“细胞用它作为一种支架，随着支架逐渐分解，细胞长进去填充了新的软骨，重新恢复原有强度。”研究人员的设想是，在5年内造出能替换原来软骨的移植物。

目前这种移植体尚处于临床实验半途，沃莱斯对目前的进展感到满意。他说：“患者和医生都会很高兴，相信到2018年，这种移植物就能普遍供应了。他们另一家初创子公司Neurotex还开发出一种用于周边神经修复的支架，正在试验中。团队希望将这种支架用于中枢神经系统，帮助逆转因严重脊髓损伤而造成的瘫痪——这是另一个迫切需要更多选择的领域。

医疗移植进入“丝时代”

以蛛丝和转基因蚕丝为基础的医疗领域充满了各种可能，几乎每天都有论文发表，探索丝材在再生医学中的应用。世界各研究团队正在利用一系列创新技术开发新型材料。比如，把蜘蛛DNA插入山羊体内产生转基因羊毛，甚至插入酵母菌，让人们能用酵母菌纺丝。

丝材料可用在缝合、支架和移植中，大量移植体可以用这种生物医学材料来替代。韩国组织工程与再生医学学会秘书长Insup Noh教授说：“在许多医疗程序中，使用真丝将成为标准规程。真丝材料已被批准用作生物原料，与其他新出现的聚合生物材料相比，这是个很大的优势。”

目前，丝集团和沃莱斯的团队正在研究自行车头盔、飞机板和军队制服，同时他们还在研究蜘蛛为何能以超高效率吐丝织网，以改进工业制造。随着合成蛛丝衣物越来越受欢迎，它还可作为一种新型的污染传感装置。