每个做生物材料的都是顶级厨师！来，给这道菜加个蛋进去!

小奇

2020-08-25

基于蛋白质的生物材料具有生物活性，但它们要么来源有限，要么需要复杂的提取和纯化程序，这使其成本高昂或难以获得。

那有没有简单易得的蛋白质材料呢？

有！我们每天吃的鸡蛋就是了！

鸡蛋里的蛋清是一种低成本（超市几块钱一斤）且易于获得的蛋白质基材料，可以以其原始形式直接用于不同的应用。

蛋清作为天然生物材料却一直被忽略。蛋清的历史可以追溯到远古时代（公元前1000年），当时埃及，罗马和波斯医师曾使用蛋清治疗多种疾病。根据今天从古代手稿中可获得的信息，蛋清已被用作膏药，巴布膏剂或软膏，用于伤口愈合，特别是烧伤敷料和癌症治疗。单独的蛋清或与蜂蜜、白菜或草药混合的蛋清作为处方用于舒缓发炎的眼睛并用于扭伤和肿胀，和覆盖骨折的四肢。

最近，蛋清的生物学应用方面有越来越多的报道，包括抗菌，促进愈合，抗高血压，抗炎和刺激细胞生长。鉴于其越来越多地参与生物医学科学的新领域，仍然需要对蛋清的结构、生物学特性和生物医学应用进行详细的综述。

鉴于此，瑞士巴塞尔大学Arnaud Scherberich等人综述巩固并讨论了蛋清基材料的一般特性，不同的形态和当前的应用，以及它们在生物医学科学和工程领域的进一步发展的未来前景。

咱们先来认识下鸡蛋：

如图1所示，它由蛋壳，蛋壳膜，蛋黄和蛋白组成。其中，蛋壳为钙和磷酸盐组成，具有17,000个小孔供空气渗透。蛋壳膜为纤维结构，模仿人体组织中ECM，可保护蛋内容物免受细菌侵害。蛋黄是维生素和营养素的重要来源，同时也是免疫球蛋白（IgY）的贮藏库，可预防和治疗传染性疾病。蛋清又称“蛋白”，主要是水（∼85%）、蛋白质（∼10%）和碳水化合物（∼5%）的混合物，起到第二个保护层的作用，防止细菌渗透到蛋黄中。

图1. 鸡蛋组成

蛋清的多功能功能使其成为食品工业和生物医学应用的理想材料。影响蛋白功能的蛋清蛋白的乳化活性和乳化稳定性取决于pH值、蛋白浓度和盐的存在。卵清蛋白（蛋清的主要蛋白）的表面疏水性在pH=3时最大。因此，将蛋清溶液的pH降低至3可以最大化其乳化活性，而不会改变蛋白质的二级结构和球状构象。通过利用pH 3的蛋清蛋白链之间的疏水-疏水相互作用，可以制备水凝胶并将其用作组织工程及其他应用的生物活性材料。

下图表为蛋白蛋白的具体成分和结构特性。分主要蛋白和次要蛋白。主要蛋白有：卵清蛋白、伴清蛋白、卵粘液、卵粘蛋白、溶菌酶。

鸡蛋主要成分表

蛋清的生物学特性

蛋清中含有丰富的生物活性成分，具有独特的生物活性，在生物医学、医药、保健、化妆品、饲料等领域有着广泛的应用前景。蛋清的一些生物活性包括抗菌、细胞附着和生长以及生长因子结合特性。

蛋清蛋白通过不同的机制（例如细菌细胞裂解，金属结合或维生素结合）发挥抗菌作用。蛋清蛋白还介导细胞粘附和生长，并增强其与生物材料建立相互作用的能力，而且这种粘附促进功能是细胞类型特异性的。与其他传统海绵相比，蛋清海绵由于其蛋白质成分为生物活性分子提供了锚定位点，因此在体外显示出增加的细胞黏附和增殖，并在体内增强了血管生成。如图所示。

图2. 促进血管生成

作为天然ECM，蛋清能够吸附可溶性生长因子，这一特性不仅可以增加其局部浓度，而且可以调节其扩散，微调其浓度梯度，定位其形态发生活性，增强其生物学活性并保护它们酶促降解。血管内皮生长因子（VEGF）在组织工程支架的临床应用中非常重要，实验结果证实蛋清在其结构内吸附大量VEGF并改善组织工程应用中的血管生成的优越能力。

图3. 多孔支架

蛋清基材料的形态多样性

由于容易供应和容易加工，蛋清可以产生广泛的生物材料。如基于其起泡能力、乳化活性和加热后形成凝胶，可以形成多孔支架，水凝胶，薄膜，纤维，粒子和纳米凝胶。各自的优缺点如下表所示。

表|各材料形态和优缺点

蛋清基生物材料的生物医学应用

蛋清具有多种形态，可作为一种极具吸引力的材料出现，易于操作，可用于人类生活的多个领域。由于其生物活性、可利用性和易操作性，蛋清蛋白已被广泛应用于生物医学的各个领域，包括细胞培养、伤口愈合、组织工程、三维细胞培养模型、药剂学、营养和食品技术以及生物传感。

图5.多种应用

总结与展望：

蛋清作为多种生物医学应用的生物材料已显示出巨大的实用性和潜力，特别是在伤口愈合，组织工程，体外细胞培养，药物输送，营养，生物传感器和生物塑料技术领域。

尽管已知其天然形式的蛋清会在某些人中诱发过敏反应，但在动物体内植入蛋清生物材料后，尚无不良免疫反应的报道。也就是说，为了正确地将这些材料转化为临床应用，仍需要进一步的研究来了解动物体内潜在的复杂免疫反应。蛋清生物材料显示出有效的植入，血管形成和靶向药物递送，这对于临床转化至关重要。而且，它们是通过简便，廉价的方法制造的，并且可用于多种应用，例如可穿戴设备和生物传感器。

如何研究？

1）一种方法是一次一次地研究单个蛋清蛋白，以潜在地靶向那些可能导致不良行为的蛋白。

2）另一种是设计多学科方法，将化学，物理，生物学和制造领域结合在一起，并采用从头设计技术来应对上述挑战。

最后，使用先进的离体或体内模型可以概括人类反应的广泛临床前实验将完成对临床可转化性的评估。鉴于该领域的最新进展以及对蛋清生物材料的日益关注，预计在未来十年中将会有更多的转化发展。

 参考文献：

SasanJalili-Firoozinezhad, et al., Chicken egg white: Hatching of a new oldbiomaterial. Materials Today 2020.

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.05.022