當損傷導致的創面較大時，我們往往需要藉助外力輔助創口封閉，從而促進組織癒合。在現階段，這一過程通常需要縫合的介入。這種方法很難獨立完成，患者在手術過程中要承受額外的疼痛。同時由於縫合難以完全封閉傷口，手術後空氣、體液的滲漏和外源感染同樣不利於傷口癒合。如果能夠找到一款具有生物相容性、能夠將創口直接粘結在一起並具有較好強度的醫用膠水，從而將傷口封閉，這些問題都能迎刃而解。
絕大多數的粘合劑難以在潮溼環境下保持粘合性能。少數幾種夠在臨床使用的粘合劑又都有著明顯的缺陷。氰基丙烯酸鹽粘合劑雖然能快速封閉傷口，但卻具有明顯的毒性，其用量受到嚴格的限制。來源於人血漿的纖維蛋白膠有著類似的效果，但其膠體的機械強度較差，通常仍然需要縫合等手段的輔助，且因為其來源而造價高昂，難以大規模使用。因此，如何研發一款較為理想的醫用粘合劑，一直是該領域的一道難題。
圖1 貽貝絲足（A）及絲足黏著斑中的蛋白組成示意圖（B）
生活在海洋中的貽貝會通過向體外分泌蛋白形成絲足，從而將自己牢固的粘附於附著物表面。貽貝粘附蛋白就是這一粘附過程中的有效成分。通過聚集與沉降，這些蛋白會在絲足的末端形成黏著斑，其粘附能力足以使貽貝抵抗水流和海浪的考驗。這種在潮溼甚至水下環境依然能夠保持的粘合能力，使得貽貝粘附蛋白在醫用粘合劑領域擁有了巨大的應用潛力。基於這種蛋白，包括Cell-Tak在內的多種醫用粘合劑被開發面世。
蛋白序列中大量的DOPA基團是貽貝粘附蛋白具有這種神奇能力的關鍵原因。這種鄰苯二酚結構可以使貽貝粘附蛋白與附著表面以及蛋白之間形成大量較強的非共價鍵，從而使得蛋白能夠產生強大的附著能力（圖2）。DOPA結構在自然環境下是不穩定的，容易發生自發的氧化反應生成多巴醌，從而導致蛋白粘附能力的削弱。貽貝粘附蛋白也在進化中解決了這一問題。通過在部分蛋白序列中摻入半胱氨酸，這些蛋白中游離的巰基能夠形成一種還原性環境，保持DOPA的穩定，從而保證了貽貝粘附蛋白穩定的粘附能力。
圖2 貽貝粘附蛋白中DOPA形成的非共價鍵
然而天然貽貝蛋白的產量極低，大概一萬隻貽貝中提取出來的貽貝粘附蛋白，才能滿足1 g Cell-Tak的製作。為了解決這一困境，研究者們通過生物工程方法獲得了能夠媲美天然貽貝粘附蛋白的重組蛋白產物。通過純化以及修飾，這些蛋白同樣具有較好的粘合性能，並能使用於多種領域（圖3）。
圖3 貽貝粘附蛋白粘合劑（包裹了螢光蛋白）的粘合性能展示圖
由於同時具有較好的生物相容性及體內可降解能力，依靠重組貽貝粘附蛋白製作的仿生醫用膠粘劑在實驗階段取得了較好的結果。因為能夠較好的封閉傷口，加入光交聯修飾位點的貽貝蛋白粘合膠（LAMBA）與常規的粘合劑相比，能夠促進動物傷口更快的癒合（圖4）。同時粘合劑本身也會在組織修復後被完全的降解、吸收。
圖4 各種粘合劑對於傷口的促進作用
相信在未來的時間裡，通過對這些蛋白黏合機制的機理研究，基於重組貽貝粘附蛋白的醫用粘合產品會得以應用，造福廣大人民群眾。
參考文獻：
1. Kord Forooshani, P., and Lee, B. P. (2017) Recentapproaches in designing bioadhesive materials inspired by mussel adhesiveprotein. Journal of polymer science. PartA, Polymer chemistry 55, 9-33
2. Kim, H. J., Yang, B., Park, T. Y., Lim, S., and Cha,H. J. (2017) Complex coacervates based on recombinant mussel adhesive proteins:their characterization and applications. SoftMatter 13, 7704-7716
3. Jeon, E. Y., Choi, B. H., Jung, D., Hwang, B. H., andCha, H. J. (2017) Natural healing-inspired collagen-targeting surgical proteinglue for accelerated scarless skin regeneration. Biomaterials 134,154-165
來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所