CN114539553B - 广谱抗氧化丝素蛋白及其制备方法和应用 - Google Patents

广谱抗氧化丝素蛋白及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物医用技术领域，具体涉及的是广谱抗氧化丝素蛋白及其制备方法和应用。将丝素蛋白或丝素纤维中的钙部分去除或完全去除，得到具备广谱抗氧化作用的改性丝素蛋白。改性丝素蛋白的制备方法：用所述中性盐溶液氯化钙三元液和/或者溴化锂溶液溶解丝素纤维，经过除盐得到丝素蛋白溶液；将所述螯合剂加入上述丝素蛋白溶液中充分反应，并除盐处理后得到低钙或者无钙的丝素蛋白溶液。本发明提取的丝素蛋白溶液具有广谱、稳定和高效清除过量活性氧的作用，同时具备良好的生物安全性和可降解性，临床需求极大。本发明为临床上氧化应激导致的急性和慢性炎症疾病的治疗提供了新的治疗策略。

Description

广谱抗氧化丝素蛋白及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医用技术领域，具体涉及的是广谱抗氧化丝素蛋白及其制备方法和应用。
背景技术
众所周知，炎症与氧化应激密切相关。局部较强的氧化应激会引起炎症，阻碍器官再生修复。炎症是对感染、损伤以及毒素等刺激因素的自然防御反应，过度和不受控制的炎症会导致许多疾病，如心血管疾病、肝炎、肾炎和伤口愈合延迟。过度炎症反应中的活性氧可加重局部组织损伤并导致慢性炎症。因此，清除过量活性氧被认为是治疗炎症疾病的可行策略。
采用N-乙酰半胱氨酸等抗氧化药物清除过量活性氧，治疗急性肝损伤、肝纤维化、急性肾损伤等炎症性疾病。然而这类药物存在生物利用度差、稳定性差和疗效差的缺点。
生物系统中的抗氧化防御能够精确地协同调节来自不同细胞产生的活性氧。抗氧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、血红素催化酶以及多种金属配位蛋白能使高活性的活性氧分解为惰性分子H2O和O2；天然细胞外基质通过介导主要氧化还原转录因子、核因子NF-E2相关因子（Nrf2）清除细胞内活性氧；维生素E等小分子抗氧化剂可以精确地渗透到膜中，终止阻止脂质过氧化的连锁反应。因此，体内的抗氧化系统可以精确地对抗来自不同细胞的不平衡活性氧，以保持体内氧化和抗氧化的平衡。
随着纳米医学的进步，许多研究表明碳、氧化铈、铂、氧化还原聚合物以及多酚纳米颗粒等纳米酶可以清除过量活性氧，治疗氧化应激导致的相关疾病。此类纳米酶具有与天然酶相当的活性氧清除能力，具有广谱抗氧化作用，即便在恶劣疾病环境中仍然能够高效、稳定和快速的清除过量活性氧。然而，此类纳米酶由于其纳米尺寸而导致细胞毒性和炎症，且在动物体内的代谢过程尚且未知，存在潜在的生物安全性的风险。
理想的活性氧清除剂应该具有广谱、稳定和高效清除活性氧的功能，同时具有极高的生物安全性，可以被细胞内酶降解和代谢，代谢终产物无细胞毒性。
丝素蛋白是从蚕丝中提取的天然高分子纤维蛋白，含量约占蚕丝的70%～80%，含有18种氨基酸，其中甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸约占总组成的80%以上。丝素蛋白具有良好的生物安全性和生物可降解性，是被FDA批准使用的生物材料，临床转化潜力巨大。许多研究表明丝素蛋白可以被体内酶降解成氨基酸再次被机体利用。研究发现，丝素蛋白经螯合剂处理后，抗氧化能力增强，具有良好的广谱抗氧化作用。
本发明提取的改性丝素蛋白可以作为抗氧化剂使用，清除损伤器官微环境过量活性氧；也可以作为原材料加工成组织工程需要各种器件，这些含有改性丝素蛋白的器件具有广谱、稳定和高效清除过量活性氧的功能，同时具备良好的生物安全性和可降解性，临床需求极大。本发明为临床上氧化应激导致的急性和慢性炎症疾病的治疗提供了新的治疗策略。
公开号为CN110483630A的发明专利公开了一种改性丝素蛋白冻干粉的制备方法，该专利通过加热、加碱的方式制备改性丝素蛋白，然而该方法制得的改性丝素蛋白抗氧化能力有限，不具有广谱、稳定和高效清除过量活性氧的功能。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种具有高强度广谱抗氧化作用的改性丝素蛋白，该改性丝素蛋白具有高强度广谱抗氧化作用，可以清除损伤器官微环境过量活性氧，加速修复因氧化应激导致的急性和慢性炎症损伤器官。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
具有高强度广谱抗氧化作用的改性丝素蛋白，所述改性丝素蛋白为部分去除钙或完全去除钙的丝素蛋白。
去除丝素蛋白中的钙离子，可以提高丝素蛋白的抗氧化作用，从而有效清除羟基自由基、过氧化氢、超氧阴离子和单线态氧。
本发明的目的之二在于提供一种用于改性丝素蛋白的试剂，该试剂可以将丝素纤维和/或丝素蛋白中的钙部分去除或者完全去除。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
用于改性丝素蛋白的试剂，所述试剂为钙的螯合剂或能与钙发生螯合作用的氨基酸。
进一步，所述钙的螯合剂为EDTA及其衍生物、EGTA AM及其衍生物、BAPTA及其衍生物。
进一步，所述能与钙发生螯合作用的氨基酸包括谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺氨酸、精氨酸、苏氨酸、酪氨酸、色氨酸、甘氨酸、丝氨酸、缬氨酸、组氨酸、异亮氨酸和半胱氨酸及其衍生物中的任一种或几种。
更进一步，所述EDTA及其衍生物为EDTA及其衍生物水溶液、EDTA及其衍生物改性的大分子、EDTA及其衍生物改性的高分子中的任一种或几种；所述EGTA AM及其衍生物为EGTA AM及其衍生物水溶液、EGTA AM及其衍生物改性的大分子、EGTA AM及其衍生物改性的高分子中的任一种或几种；所述BAPTA及其衍生物为BAPTA及其衍生物水溶液、BAPTA及其衍生物改性的大分子、BAPTA及其衍生物改性的高分子中的任一种或几种。
更进一步，所述氨基酸为氨基酸的水溶液、氨基酸改性大分子、氨基酸改性高分子中的任一种或几种。
进一步，所述试剂还包括中性盐溶液。
更进一步，所述中性盐溶液为溴化锂溶液、氯化钙三元液、硫氰酸锂溶液、氯化锌溶液中的任一种或几种。
本发明的目的之三在于提供一种运用试剂提升丝素蛋白广谱抗氧化作用的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
运用试剂提升丝素蛋白广谱抗氧化作用的方法，用所述钙的螯合剂将丝素蛋白和/或丝素纤维中的钙部分去除或者完全去除，所述丝素蛋白来源于蚕茧、生丝或熟丝中的任一种或几种。
进一步，用所述钙的螯合剂将丝素蛋白和/或丝素纤维中的钙部分去除或者完全去除，再用所述中性盐溶液充分反应；
或用所述中性盐溶液与丝素蛋白和/或丝素纤维充分反应后，再用所述钙的螯合剂将丝素蛋白和/或丝素纤维中的钙部分去除或者完全去除。
进一步，用所述钙的螯合剂处理丝素纤维后，用所述溴化锂溶液溶解丝素纤维获得的高强度广谱抗氧化作用丝素蛋白溶液；
或用所述溴化锂溶液溶解丝素纤维制备的丝素蛋白溶液，再用所述钙的螯合剂处理溴化锂提取的丝素蛋白溶液；
或用所述氯化钙三元液溶解丝素纤维制备的丝素蛋白溶液，再用所述钙的螯合剂处理氯化钙提取的丝素蛋白溶液。
本发明的目的之四在于提供一种改性丝素蛋白的制备方法，该方法工序简单，节约成本，方便质控，可以大规模生产。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
改性丝素蛋白的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：用所述氯化钙三元液和/或溴化锂溶液溶解丝素纤维，经过除盐得到丝素蛋白溶液；
S2：将所述钙的螯合剂加入S1所得的丝素蛋白溶液中充分反应，除盐处理后得到低钙或者无钙的丝素蛋白溶液。
其中，除盐方法为透析法；中性盐溶液溶解丝素纤维的温度条件优选为80℃；加入钙的螯合剂后，反应时间为0.1~24h。
进一步，S1中所述氯化钙三元液为氯化钙、无水乙醇和水以摩尔比为1：1~5：1~20的比例配制而成。
进一步，S1中所述溴化锂溶液浓度为1-20M。
进一步，S2所述钙的螯合剂为EDTA或其衍生物，浓度为0.1~500mM。
进一步，改性丝素蛋白在制备治疗或检测氧化应激导致的急性和慢性炎症疾病中的药物和设备中的应用。
更进一步，所述设备为可穿戴设备。
进一步，含有改性丝素蛋白制备的药学上可接受的载体的制剂。
更进一步，所述制剂为喷剂、水凝胶、支架、药物载体。
本发明的有益之处在于：
(1) 本发明制备的丝素蛋白抗氧化效果显著，可以清除体内多种自由基，具有广谱抗氧化作用；
(2) 本发明制备的丝素蛋白，具有广谱抗氧化作用，可以作为广谱抗氧化剂治疗因氧化应激导致的急性和慢性炎症疾病；
(3) 本发明制备的丝素蛋白可以加工成组织工程需要的各种器件，用于加速损伤组织修复。消除损伤部位的过量活性氧的能力使其在组织工程领域应用具有巨大优势；
(4) 本发明提供的丝素蛋白的制备方法工序简单，既节约成本，方便质控，又利于大规模生产。
具体实施方式
所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整所获得的技术方案，仍属于本发明的保护范围。
实施例1.制备丝素蛋白样品1
（1）丝素纤维10g，加入100mL氯化钙三元液，于80℃条件下溶解，透析3天，每天换去离子水3次，得丝素蛋白溶液；
（2）取丝素蛋白溶液20mL，加入2mL浓度为100mmol/L的EDTA水溶液反应1h，透析3天，每天换水3次，得低钙或无钙的丝素蛋白溶液，即样品1。
实施例2.制备丝素蛋白样品2
（1）丝素纤维10g，加入100mL浓度为10mol/L的溴化锂溶液，于80℃条件下溶解，透析3天，每天换去离子水3次，得丝素蛋白溶液；
（2）取丝素蛋白溶液20mL，加入浓度为100mmol/L的EDTA水溶液反应1h，透析3天，每天换水3次，得低钙或无钙的丝素蛋白溶液，即样品2。
实施例3.制备丝素蛋白样品3
（1）丝素纤维1g，加入20ml浓度为100mmol/L的EDTA水溶液反应24h，透析3天，每天换水3次；50℃烘干，得低钙或无钙的丝素纤维；
（2）取10g低钙或无钙的丝素纤维，加入100mL浓度为10mol/L的溴化锂溶液，80℃反应24h，透析3天，每天换水3次，得低钙或无钙的丝素蛋白溶液，即样品3。
实施例4.制备丝素蛋白的部分优选条件
表1
Figure 938671DEST_PATH_IMAGE001
表1为制备丝素蛋白的部分优选条件。
实施例5.体外广谱抗氧化性能实验
将实施例1-3中制备的低钙或无钙的丝素蛋白溶液样品进行广谱抗氧化性能测试。具体方法为：将实施例1制备所得样品1、实施例2制备所得样品2、实施例3制备所得样品3、谷胱甘肽和水分别与超氧阴离子、羟基自由和H2O2反应，然后用超氧阴离子测试试剂盒、羟基自由基测试试剂盒和过氧化氢定量分析试剂盒检验5组样品各自清除超氧阴离子、羟基自由和H2O2的能力。样品抗氧化作用评价记载于表2。
表2 抗氧化作用评价
Figure 432975DEST_PATH_IMAGE002
注：“－”表示无抗氧化作用；“+”表示清除率10%～50%；“++”表示清除率50%～90%；“+++”表示清除率＞90%。
通过表2可以看出，不同制备工艺制备出的丝素蛋白溶液清除超氧阴离子、羟基自由和H2O2的能力不同，但采用本发明的三种工艺制备出的3组样品均具有良好的抗氧化作用。
本专利从细胞水平检测了丝素蛋白的抗氧化能力，二氯二氢荧光素作为细胞活性氧指示探针，绿色荧光越强说明细胞内活性氧含量越高。当用过氧化氢刺激细胞时，二氯二氢荧光素发出很强的绿色荧光。
谷胱甘肽具有良好的抗氧化作用。将谷胱甘肽、实施例制备样品1、实施例制备样品2和实施例制备样品3加入细胞发现，绿色荧光含量很低，统计学结果表明实施例制备样品1、实施例制备样品2和实施例制备样品3抗氧化作用与谷胱甘肽相同，无显著性差异，详见表3：
表3
Figure 9450DEST_PATH_IMAGE003

Claims (7)

1.一种改性丝素蛋白在制备治疗氧化应激导致的急性和慢性炎症疾病的药物和设备中的应用，其特征在于，所述改性丝素蛋白的制备方法包括：用钙的螯合剂将丝素蛋白中的钙部分去除或者完全去除，得具有高强度广谱抗氧化作用的改性丝素蛋白，其中，运用钙的螯合剂提升了丝素蛋白的广谱抗氧化作用，具体为：用中性盐溶液在80℃条件下充分溶解所述丝素蛋白，透析3天，每天更换去离子水3次，得丝素蛋白溶液，再加入所述钙的螯合剂反应1h，透析3天，每天更换水3次，得低钙或无钙的丝素蛋白溶液；或者用所述钙的螯合剂水溶液处理丝素纤维24h，并透析3天，换水3次，50℃烘干，得低钙或无钙的丝素纤维，再加入中性盐溶液，80℃反应24h，透析3天，每天换水3次，得低钙或无钙的丝素蛋白溶液；
所述丝素蛋白来源于蚕茧、生丝或熟丝中的任一种或几种；所述钙的螯合剂为EDTA及其衍生物、EGTA AM及其衍生物、BAPTA及其衍生物；所述中性盐溶液为溴化锂溶液、氯化钙三元液、硫氰酸锂溶液、氯化锌溶液中的任一种或几种。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，用所述钙的螯合剂处理丝素纤维后，用所述溴化锂溶液溶解丝素纤维获得具有高强度广谱抗氧化作用的丝素蛋白溶液；
或用所述溴化锂溶液溶解丝素纤维制备得丝素蛋白溶液，再用所述钙的螯合剂处理溴化锂提取的丝素蛋白溶液；
或用所述氯化钙三元液溶解丝素纤维制备得丝素蛋白溶液，再用所述钙的螯合剂处理氯化钙提取的丝素蛋白溶液。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：用所述氯化钙三元液和/或溴化锂溶液溶解丝素纤维，经过除盐得到丝素蛋白溶液；
S2：将所述钙的螯合剂加入S1所得的丝素蛋白溶液中充分反应，除盐处理后得到低钙或者无钙的丝素蛋白溶液。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，S1中所述氯化钙三元液为氯化钙、无水乙醇和水以摩尔比为1：1~5：1~20的比例配制而成。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，S1中所述溴化锂溶液浓度为1-20M。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，S2所述钙的螯合剂为EDTA或其衍生物，浓度为0.1~500mM。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述设备为可穿戴设备。
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