CNN記者麗貝卡·凱恩斯報(bào)道

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美國(guó)東部時(shí)間2024年12月2日周一晚上8:46更新

幾個(gè)世紀(jì)以來，美國(guó)一直在制造奢華的布料和服裝?，F(xiàn)在，大學(xué)分拆出來的EngineLife想用絲素蛋白，一種從絲纖維中提取的蛋白質(zhì)，作為藥物的藥物載體?？茖W(xué)家們已經(jīng)不是第一次從昆蟲身上尋找靈感了:看看這個(gè)畫廊吧。

發(fā)動(dòng)機(jī)壽命

西班牙蒼蠅是一種遍布?xì)W洲和亞洲的翠綠色皰甲蟲，它分泌一種叫做斑蝥素的有毒物質(zhì)，可以用來治療引起瘙癢疙瘩的病毒性皮膚感染傳染性軟疣。這種物質(zhì)是YCANTH(一種局部療法)的活性成分。斑蝥素已在亞洲醫(yī)學(xué)中用于同樣的目的，并正在探索作為一種可能的癌癥治療方法。

胭脂蟲是一種微小的軟體昆蟲，生活在南美洲和美國(guó)西南部的仙人掌上。它們產(chǎn)生胭脂紅酸，研究表明這種酸可以防止果糖引起的腎臟損傷。猩紅色的雌性胭脂蟲也被用來制造胭脂紅，胭脂紅是一種用作食品和藥品染料的紅色顏料。大約70，000只昆蟲被用來制造一公斤的染料。

對(duì)果蠅的研究極大地提高了對(duì)先天免疫的科學(xué)理解，先天免疫是人體抵御有害物質(zhì)的第一道防線。toll基因的發(fā)現(xiàn)——對(duì)果蠅產(chǎn)生越來越多的抗菌反應(yīng)至關(guān)重要的基因——以及隨之而來的對(duì)哺乳動(dòng)物先天免疫的研究為布魯斯·博伊特勒和朱爾斯·霍夫曼贏得了2011年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。果蠅的壽命很短，約為7周，可以更快地追蹤多代的發(fā)展，也已經(jīng)被用于其他醫(yī)學(xué)研究，包括癌癥。

也稱為醫(yī)用蛆，普通綠蠅幼蟲具有抗菌特性，數(shù)百年來一直用于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中的傷口愈合。最近的研究表明，幼蟲可以加速傷口愈合和消毒。普通的綠瓶蠅比家蠅稍大，在世界大部分地區(qū)都能找到。

olybia paulista是一種南美黃蜂，因其在巴西圣保羅地區(qū)特別流行而得名，2015年被發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生含有抗癌成分的毒液——一種殺死癌細(xì)胞而不傷害正常細(xì)胞的毒素。專家說，需要更多的工作來確定它是否有潛力作為一種治療方法。黃蜂還產(chǎn)生多種毒素，可導(dǎo)致嚴(yán)重的過敏反應(yīng)。

蜜蜂的蜂蜜長(zhǎng)期以來一直被用作傳統(tǒng)的傷口治療方法:早在公元前2000年，蘇美爾人就首次認(rèn)識(shí)到它的治療潛力。麥盧卡蜂蜜，由新西蘭和澳大利亞沿海的本土植物制成，自2007年以來在美國(guó)獲得FDA批準(zhǔn)用于治療傷口。專門用于醫(yī)療目的的蜂蜜往往經(jīng)過消毒，比雜貨店的蜂蜜更有效，并且可以與抗生素結(jié)合使用。它含有防止和限制細(xì)菌感染的特性和一種幫助受損組織愈合的酶。

受蜻蜓翅膀抗菌特性的啟發(fā)，皇家墨爾本理工大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種旨在消滅真菌的鈦表面。這項(xiàng)研究——基于許多昆蟲翅膀的結(jié)構(gòu)可以物理破壞微生物的想法——可能對(duì)減少醫(yī)院獲得性感染的傳播很重要。

CNN —

幾個(gè)世紀(jì)以來，泰國(guó)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)絲綢出口到世界各地。

然而，曼谷朱拉隆功大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)了這種纖維的另一種用途:將藥物輸送到體內(nèi)。

藥物輸送系統(tǒng)有多種形式，從吞服的膠囊和片劑，到皮膚貼片、軟膏和不同種類的注射劑。

朱拉隆功大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究中心主任Juthamas Ratanavaraporn表示，絲素蛋白是賦予蠶絲驚人強(qiáng)度的天然蛋白質(zhì)之一，可用于將藥物封裝在囊狀形式中，這種形式比明膠或殼聚糖等其他天然蛋白質(zhì)需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能分解，從而將藥物緩慢釋放到體內(nèi)。

“蛋白質(zhì)膠囊不需要大劑量或頻繁的劑量，而是可以逐漸釋放藥物，達(dá)到身體所需的適當(dāng)量。這種控制釋放有助于減少總劑量和副作用的風(fēng)險(xiǎn)，”Ratanavaraporn說。

Ratanavaraporn已經(jīng)研究絲綢超過17年，她在2021年與研究團(tuán)隊(duì)的另外兩名教授一起將她的研究分拆成一家公司。他們的初創(chuàng)公司EngineLife正在將他們的研究商業(yè)化，并于今年早些時(shí)候?qū)⒌谝豢町a(chǎn)品推向市場(chǎng)，這是一款通過皮膚貼片進(jìn)行治療失眠的產(chǎn)品，獲得了泰國(guó)FDA的批準(zhǔn)。

“材料世界的變色龍”

一個(gè)多世紀(jì)以來，絲心蛋白一直是科學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)，并被廣泛研究用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

中國(guó)浙江大學(xué)應(yīng)用生物資源研究所(Institute of Applied bio resource Research in Zhejiang University)的研究員帥亞軍(Yajun Shuai)說，絲素蛋白具有生物相容性(對(duì)人體組織無害)、可持續(xù)性和成本效益，與目前用作藥物載體的天然和合成材料相比，它有許多值得推薦的地方。

絲心蛋白是一種從蠶繭中提取的蛋白質(zhì)。美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)

帥說，絲心蛋白是使用“簡(jiǎn)單、安全的方法”生產(chǎn)的，與其他天然蛋白質(zhì)或合成藥物輸送系統(tǒng)相比，不太可能產(chǎn)生負(fù)面副作用。

浙江大學(xué)生物資源研究員楊明英說，絲素蛋白相對(duì)于其他天然聚合物的許多優(yōu)勢(shì)都?xì)w結(jié)于它的結(jié)構(gòu):它有一個(gè)強(qiáng)大、穩(wěn)定的“β-折疊”，這使它能夠以其他蛋白質(zhì)無法實(shí)現(xiàn)的方式發(fā)揮作用，例如緩慢釋放藥物，并賦予它強(qiáng)度和靈活性。

“許多藥物攜帶者就像短跑運(yùn)動(dòng)員——速度快但壽命短。絲心蛋白更像一個(gè)馬拉松運(yùn)動(dòng)員，能夠支持長(zhǎng)期藥物釋放，”帥補(bǔ)充說。

楊將絲素蛋白描述為“材料世界的變色龍”，并表示其強(qiáng)度和柔韌性使其在醫(yī)學(xué)上有廣泛的用途，同時(shí)比其他材料提供更好的安全性和可持續(xù)性。

“絲心蛋白的降解速度就像一個(gè)開關(guān)——我們可以根據(jù)藥物的需求進(jìn)行調(diào)整，從幾天到幾個(gè)月不等。這種控制水平在其他藥物攜帶者中很難找到，”帥說。

蠶是毛毛蟲，生產(chǎn)蠶繭是它們成為飛蛾的生命周期的一部分。發(fā)動(dòng)機(jī)壽命

發(fā)育期痛

絲心蛋白已被用于從骨組織支架到角膜移植膜的各種用途。但很少有產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng):2022年的科學(xué)評(píng)論發(fā)現(xiàn)，697項(xiàng)研究中只有3%進(jìn)入臨床試驗(yàn)，商業(yè)化的更少。美國(guó)美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局在20多年前就批準(zhǔn)了絲心蛋白縫線的使用，但此后只有少數(shù)其他基于絲的醫(yī)療應(yīng)用獲得批準(zhǔn)，包括神經(jīng)導(dǎo)管SilkBridge和幫助聲帶的可注射植入物SilkVoice。

一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是絲綢的可變性。

在泰國(guó)，大多數(shù)絲綢是由農(nóng)村地區(qū)的小型家庭農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)的，原料是常年飼養(yǎng)的蠶。但是季節(jié)、氣候和飼料的變化會(huì)在繭中產(chǎn)生微小的變化。

這對(duì)于生產(chǎn)絲綢面料來說不是什么大問題；但香港中文大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授毛傳斌說，就醫(yī)學(xué)而言，一致性是關(guān)鍵。他沒有參與Ratanavaraporn的工作。

“在真正的醫(yī)療應(yīng)用中，你需要獲得高度純化的產(chǎn)品，”毛說，他強(qiáng)調(diào)了一個(gè)尚未大規(guī)模解決的問題，并補(bǔ)充說，制造一批又一批完全相同的“可再生產(chǎn)品”是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

Ratanavaraporn說，這是EngineLife試圖解決的一個(gè)問題，因?yàn)榧词癸暳虾蜌夂虻奈⑿〔町愐矔?huì)改變絲蛋白的分子量，從而改變分解率和藥物輸送時(shí)間。

為了使絲心蛋白的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化，EngineLife開始嘗試不同的耕作過程和技術(shù)，甚至包括用于種植蠶所吃的桑葉的土壤。該公司現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)施了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，包括專門建造的養(yǎng)蠶設(shè)施，控制溫度和濕度，以創(chuàng)造一個(gè)全年穩(wěn)定的環(huán)境。

“我們需要確保絲綢生產(chǎn)過程盡可能穩(wěn)定，每一批都是一致的，”Ratanavaraporn說。

監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)是將此類創(chuàng)新推向市場(chǎng)的另一個(gè)障礙。根據(jù)藥物和給藥方式的不同，EngineLife必須在泰國(guó)FDA注冊(cè)不同類別的產(chǎn)品，Ratanavaraporn說，并補(bǔ)充說:“這對(duì)我們來說是最困難的一步，消耗了大量的預(yù)算和時(shí)間。”

Engine Life由博士后研究員Juthamas Ratanavaraporn(左)于2021年共同創(chuàng)立。美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)

緩慢而穩(wěn)定

目前，EngineLife的農(nóng)場(chǎng)每年生產(chǎn)約25-30公斤蠶繭，可生產(chǎn)100萬劑醫(yī)用絲素蛋白溶液。然而，Ratanavaraporn指出，其提取絲心蛋白的試點(diǎn)工廠最大容量為30，000劑醫(yī)療級(jí)絲心蛋白溶液，因此在規(guī)?；叭杂泄ぷ饕?。

與此同時(shí)，該公司正在繼續(xù)開發(fā)新的治療方法。

Ratanavaraporn說，她的研究目前集中在兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域:透皮貼劑，通過皮膚上的小貼片向外輸送藥物；和用絲心蛋白制成的水凝膠，其可以注射。

EngineLife的首款絲素蛋白產(chǎn)品——CBD失眠癥皮膚貼片，今年早些時(shí)候在泰國(guó)上市。美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)

這家初創(chuàng)公司現(xiàn)在正在開發(fā)第二款產(chǎn)品，一種用于治療骨關(guān)節(jié)炎的可注射水凝膠(如圖)。美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)

該公司今年早些時(shí)候開始在泰國(guó)銷售其用于失眠的CBD絲素蛋白貼片，Ratanavaraporn認(rèn)為這是市場(chǎng)上第一個(gè)使用絲素蛋白囊泡遞送藥物的產(chǎn)品。

現(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)下一款產(chǎn)品:一種用于治療骨關(guān)節(jié)炎(一種關(guān)節(jié)疾病)的可注射水凝膠。目前，患者通常會(huì)在膝蓋上注射一針，這可以在不同的時(shí)間內(nèi)緩解疼痛——從一周到幾個(gè)月不等。在她的研究中，Ratanavaraporn發(fā)現(xiàn)絲心蛋白可以在體內(nèi)停留長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月，使藥物緩慢釋放，并減少注射次數(shù)。

“對(duì)于許多疾病和狀況，我們不需要一次性注射萬靈藥；相反，我們需要藥物的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)釋放，”她說。

Ratanavaraporn希望看到絲素蛋白用于更多的藥物輸送系統(tǒng)，以幫助泰國(guó)和國(guó)際上的患者——并以此為泰國(guó)絲綢農(nóng)民提供另一個(gè)收入來源。

“絲綢作為一種面料已經(jīng)有很高的價(jià)值，”她說，“但現(xiàn)在我們把它定位為醫(yī)用材料，這至少增加了10倍的價(jià)值?！?/span>

美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)的Kocha Olarn促成了這個(gè)故事。本文已更新。