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一家日本公司Spiber制造的仿蛛絲服裝

  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(duì)比，蛛絲強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋼材。蛛絲被吐出時(shí)是一種液體蛋白，很快凝結(jié)成固體，被織成多種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)。蜘蛛織網(wǎng)不僅效率高，而且耗能少，許多蜘蛛能反復(fù)吃掉舊網(wǎng)，吐出新絲來(lái)對(duì)它們進(jìn)行翻新。

  牛津大學(xué)動(dòng)物學(xué)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(yī)療護(hù)理、移植和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，更好地服務(wù)于人類。早在1976年，沃萊斯發(fā)表了第一篇關(guān)于蜘蛛的論文，隨后又發(fā)表了一系列突破性研究，探索蛛網(wǎng)的獨(dú)特性質(zhì)和功能。為了實(shí)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(nèi)亞，跟蹤具有罕見特性的外來(lái)物種。

  自古希臘開始，人們就有用蛛網(wǎng)清理傷口的傳統(tǒng)，認(rèn)為這樣能止血，預(yù)防感染。沃萊斯對(duì)這種做法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。他們用蛛網(wǎng)貼縛在多種動(dòng)物傷口上，發(fā)現(xiàn)蛛絲能和組織完美地融合在一起。

  沃萊斯說(shuō)：“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(wǎng)上取下來(lái)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(duì)蛛絲成分進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，蛛絲蛋白有著獨(dú)特的排列模式，這種特殊蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是高強(qiáng)度和韌性的源頭，使其能抵抗壓力和變形。沃萊斯發(fā)現(xiàn)，金圓織網(wǎng)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(qiáng)度最高。以這種牽引絲為模型，有望開發(fā)出一種新的生物醫(yī)學(xué)移植體，擁有蛛絲那樣的超高強(qiáng)度和承受力，作為傳統(tǒng)移植體的替代品。

  但沃萊斯指出，這要解決生產(chǎn)供應(yīng)的問(wèn)題。因?yàn)橐罅恐圃熘虢z是不可能的，蜘蛛是食肉族，無(wú)法大規(guī)模飼養(yǎng)，麻醉它們一次也只能抽取一根絲。為此，他們把目標(biāo)轉(zhuǎn)向了蠶絲。人類養(yǎng)蠶生產(chǎn)絲綢制品已有5000多年歷史，通過(guò)工業(yè)化飼養(yǎng)，每年生產(chǎn)的蠶絲可達(dá)15萬(wàn)噸。但美中不足的是，蠶絲的強(qiáng)度不如蛛絲，還含有一種有毒的膠，用于醫(yī)療手術(shù)并不理想。

  沃萊斯成為牛津大學(xué)絲集團(tuán)總裁后，發(fā)現(xiàn)了一種野生的蠶，吐出的絲和蛛絲蛋白結(jié)構(gòu)很相似。他對(duì)這種蠶絲蛋白進(jìn)行了基因測(cè)序，并與蜘蛛牽引絲的蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，然后將蠶絲溶解，除去其中有毒的膠，再重組為一種高強(qiáng)度的清潔材料，命名為Spidrex（蛛蠶絲）。絲集團(tuán)的這一成果吸引了大量商業(yè)人士的興趣，為此沃萊斯創(chuàng)立了牛津生物材料紡織公司，開發(fā)蛛絲的商業(yè)化應(yīng)用。

蛛絲制品走進(jìn)手術(shù)室

  在美國(guó)，每年有60萬(wàn)例膝蓋手術(shù)，成本高達(dá)130億美元，這一數(shù)字預(yù)計(jì)還會(huì)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(lái)，因?yàn)閹?lái)了嚴(yán)重的并發(fā)癥。沃萊斯開始實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裼弥胄Q絲制造人工骨骼、敷布和縫線，最后發(fā)現(xiàn)，它很適合作為膝蓋替代物。

  絲集團(tuán)創(chuàng)立了第二家子公司Orthox公司，用蛛蠶絲來(lái)制造一種延展性材料，再塑造成替換用的膝蓋軟骨結(jié)構(gòu)，還可用作生物相容性支架，支持組織再生。沃蘭斯說(shuō)：“細(xì)胞用它作為一種支架，隨著支架逐漸分解，細(xì)胞長(zhǎng)進(jìn)去填充了新的軟骨，重新恢復(fù)原有強(qiáng)度。”研究人員的設(shè)想是，在5年內(nèi)造出能替換原來(lái)軟骨的移植物。

  目前這種移植體尚處于臨床實(shí)驗(yàn)半途，沃萊斯對(duì)目前的進(jìn)展感到滿意。他說(shuō)：“患者和醫(yī)生都會(huì)很高興，相信到2018年，這種移植物就能普遍供應(yīng)了。他們另一家初創(chuàng)子公司Neurotex還開發(fā)出一種用于周邊神經(jīng)修復(fù)的支架，正在試驗(yàn)中。團(tuán)隊(duì)希望將這種支架用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，幫助逆轉(zhuǎn)因嚴(yán)重脊髓損傷而造成的癱瘓——這是另一個(gè)迫切需要更多選擇的領(lǐng)域。

醫(yī)療移植進(jìn)入“絲時(shí)代”

  以蛛絲和轉(zhuǎn)基因蠶絲為基礎(chǔ)的醫(yī)療領(lǐng)域充滿了各種可能，幾乎每天都有論文發(fā)表，探索絲材在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。世界各研究團(tuán)隊(duì)正在利用一系列創(chuàng)新技術(shù)開發(fā)新型材料。比如，把蜘蛛DNA插入山羊體內(nèi)產(chǎn)生轉(zhuǎn)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(yī)學(xué)材料來(lái)替代。韓國(guó)組織工程與再生醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)Insup Noh教授說(shuō)：“在許多醫(yī)療程序中，使用真絲將成為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程。真絲材料已被批準(zhǔn)用作生物原料，與其他新出現(xiàn)的聚合生物材料相比，這是個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。”

  目前，絲集團(tuán)和沃萊斯的團(tuán)隊(duì)正在研究自行車頭盔、飛機(jī)板和軍隊(duì)制服，同時(shí)他們還在研究蜘蛛為何能以超高效率吐絲織網(wǎng)，以改進(jìn)工業(yè)制造。隨著合成蛛絲衣物越來(lái)越受歡迎，它還可作為一種新型的污染傳感裝置。

  經(jīng)過(guò)40年的快速發(fā)展，沃萊斯覺得目前的研究還只在表面。“蜘蛛在自然界已經(jīng)生存了幾百萬(wàn)年，我們能從它們那里學(xué)到的東西太多了。”