Применение материалов на основе шёлка паутины в регенеративной медицине: от исследований in vivo к клиническому применению
https://doi.org/10.35401/2541-9897-2026-11-1-123-131
Аннотация
В данном обзоре рассмотрено применение материалов на основе шёлка паутины в регенеративной медицине. Шёлк паутины обладает уникальным сочетанием механических и биологических характеристик, что делает его перспективным биоматериалом для тканевой инженерии. Проведен анализ in vivo-исследований на животных моделях и первых клинических испытаний, демонстрирующих способность шёлка направлять рост клеток, ускорять заживление ран и способствовать регенерации периферических нервов. Обсуждаются перспективы масштабного производства паучьего шёлка и его применения в медицине.
Об авторах
Р. А. ЗамановаРоссия
Заманова Розалия Артуровна - младший научный сотрудник лаборатории биопринтинга Института фундаментальной медицины.
450008, Уфа, ул. Ленина, 3
С. В. Пятницкая
Россия
Пятницкая Светлана Викторовна - к. м. н, доцент кафедры внутренних болезней, заведующий лабораторией биопринтинга Института фундаментальной медицины.
Уфа
А. И. Файрушина
Россия
Файрушина Аделия Ильдаровна - младший научный сотрудник лаборатории биопринтинга Института фундаментальной медицины.
Уфа
Ш. М. Сафин
Россия
Сафин Шамиль Махмутович - д. м. н., доцент, заведующий кафедрой нейрохирургии и медицинской реабилитации с курсом ИДПО.
Уфа
В. А. Смирнов
Россия
Смирнов Владимир Александрович - старший научный сотрудник Отдела неотложной нейрохирургии.
Москва
М. В. Лебенштейн-Гумовски
Россия
Лебенштейн-Гумовски Михаил Владимирович - к. м. н., старший научный сотрудник, врач-нейрохирург Отдела неотложной нейрохирургии, НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского; доцент кафедры нейрохирургии и медицинской реабилитации с курсом ИДПО, БГМУ.
Москва; Уфа
Е. Д. Григорьевский
Россия
Григорьевский Евгений Дмитриевич - врач-нейрохирург, 2-е нейрохирургическое отделение.
Москва
А. А. Гринь
Россия
Гринь Андрей Анатольевич - д. м. н., профессор, член-корреспондент РАН, руководитель Отдела неотложной нейрохирургии.
Москва
В. В. Крылов
Россия
Крылов Владимир Викторович - д. м. н., профессор, академик РАН, заведующий кафедрой фундаментальной нейрохирургии, РНИМУ им. Н.И. Пирогова; главный научный сотрудник отдела неотложной нейрохирургии, НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского; директор института функциональной нейрохирургии, РЦНН.
Москва
В. Н. Павлов
Россия
Павлов Валентин Николаевич - д. м. н., профессор, академик РАН, заведующий кафедрой урологии и онкологии.
Уфа
Список литературы
1. Bergmann F, Stadlmayr S, Millesi F, et al. The properties of native Trichonephila dragline silk and its biomedical applications. Biomater Adv. 2022;140:213089. PMID:36037764. https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2022.213089
2. Zeplin PH, Maksimovikj NC, Jordan MC, et al. Spider Silk Coatings as a Bioshield to Reduce Periprosthetic Fibrous Capsule Formation. Advanced Functional Materials. 2014;24(18):2658-2666. https://doi.org/10.1002/adfm.201302813
3. Vollrath F, Barth P, Basedow A, et al. List H. Local tolerance to spider silks and protein polymers in vivo. In Vivo. 2002;16(4):229-234. PMID: 12224131.
4. Allmeling C, Jokuszies A, Reimers K, et al. Spider silk fibres in artificial nerve constructs promote peripheral nerve regeneration. Cell Prolif. 2008;41(3):408-420. PMID: 18384388. PMCID: PMC6496660. https://doi.org/10.1111/j.1365-2184.2008.00534.x
5. Yang Y, Chen X, Shao Z, et al. Toughness of spider silk at high and low temperatures. Advanced Materials. 2005;17(1):84-88. https://doi.org/10.1002/adma.200400344
6. Steven E, Saleh WR, Lebedev V, et al. Carbon nanotubes on a spider silk scaffold. Nat Commun. 2013;4:2435. PMID: 24022336. PMCID: PMC3778718. https://doi.org/10.1038/ncomms3435
7. Wright S, Goodacre SL. Evidence for antimicrobial activity associated with common house spider silk. BMC Res Notes. 2012;5:326. PMID: 22731829. PMCID: PMC3443048. https://doi.org/10.1186/1756-0500-5-326
8. Cunniff PM, Fossey SA, Auerbach MA, et al. Mechanical and thermal properties of dragline silk from the spider Nephila clavipes. Polymers for Advanced Technologies. 1994;5(8):401-410. https://doi.org/10.1002/pat.1994.220050801
9. Altman GH, Diaz F, Jakuba C, et al. Silk-based biomaterials. Biomaterials. 2003;24(3):401-416. PMID: 12423595. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(02)00353-8
10. Andersson M, Johansson J, Rising A. Silk Spinning in Silk-worms and Spiders. Int J Mol Sci. 2016;17(8):1290. PMID: 27517908. PMCID: PMC5000687. https://doi.org/10.3390/ijms17081290
11. Agnarsson I, Kuntner M, Blackledge TA. Bioprospecting finds the toughest biological material: extraordinary silk from a giant riverine orb spider. PLoS One. 2010;5(9):e11234. PMID: 20856804. PMCID: PMC2939878. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0011234
12. Swanson BO, Blackledge TA, Summers AP, et al. Variation in the material properties of spider dragline silk across species. Applied Physics A. 2005;82(2):213-218. https://doi.org/10.1007/s00339-005-3427-6
13. Wang J, Fan T, Li X, et al. Artificial superstrong silkworm silk surpasses natural spider silks. Matter. 2022;5(12):4396-4406. https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.08.028
14. Thurber AE, Omenetto FG, Kaplan DL. In vivo bioresponses to silk proteins. Biomaterials. 2015;71:145-157. PMID: 26322725. PMCID: PMC4573254. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2015.08.039
15. Radtke C, Allmeling C, Waldmann KH, et al. Spider silk constructs enhance axonal regeneration and remyelination in long nerve defects in sheep. PLoS One. 2011;6(2):e16990. PMID: 21364921; PMCID: PMC3045382. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0016990
16. Kornfeld T, Nessler J, Helmer C, et al. Spider silk nerve graft promotes axonal regeneration on long distance nerve defect in a sheep model. Biomaterials. 2021;271:120692. PMID: 33607544. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.120692
17. Koop F, Strauß S, Peck CT, et al. Preliminary application of native Nephila edulis spider silk and fibrin implant causes granulomatous foreign body reaction in vivo in rat’s spinal cord. PLoS One. 2022;17(3):e0264486. PMID: 35286342. PMCID: PMC8920256. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0264486
18. Fredriksson C, Hedhammar M, Feinstein R, et al. Tissue response to subcutaneously implanted recombinant spider silk: An in vivo study. Materials. 2009;2(4):1908-1922. https://doi.org/10.3390/ma2041908
19. Baoyong L, Jian Z, Denglong C, Min L. Evaluation of a new type of wound dressing made from recombinant spider silk protein using rat models. Burns. 2010;36(6):891-896. PMID: 20171017. https://doi.org/10.1016/j.burns.2009.12.001
20. Агапова О.И., Ефимов А.Е., Мойсенович М.М. и др. Сравнительный анализ трехмерной наноструктуры пористых биодеградируемых матриксов из рекомбинантного спидроина и фиброина шелка для регенеративной медицины. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2015;17(2):37-44. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2015-2-37-44
21. Xiang P, Wang SS, He M, et al. The in vitro and in vivo biocompatibility evaluation of electrospun recombinant spider silk protein/PCL/gelatin for small caliber vascular tissue engineering scaffolds. Colloids Surf B Biointerfaces. 2018;163:19-28. PMID: 29268210. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2017.12.020
22. Chouhan D, Das P, Thatikonda N, Nandi SK, Hedhammar M, Mandal BB. Silkworm Silk Matrices Coated with Functionalized Spider Silk Accelerate Healing of Diabetic Wounds. ACS Biomater Sci Eng. 2019;5(7):3537-3548. PMID: 33405736. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.9b00514
23. Baklaushev VP, Bogush VG, Kalsin VA, et al. Tissue Engineered Neural Constructs Composed of Neural Precursor Cells, Recombinant Spidroin and PRP for Neural Tissue Regeneration. Sci Rep. 2019;9(1):3161. PMID: 30816182. PMCID: PMC6395623. https://doi.org/10.1038/s41598-019-39341-9
24. Shagidulin M, Onishchenko N, Grechina A, et al. Recombinant Spidroin Microgel as the Base of Cell-Engineered Constructs Mediates Liver Regeneration in Rats. Polymers (Basel). 2022;14(15):3179. PMID: 35956695. PMCID: PMC9370922. https://doi.org/10.3390/polym14153179
25. Kornfeld T, Vogt PM, Radtke C. Nerve grafting for peripheral nerve injuries with extended defect sizes. Nerventransplantate für periphere Nervenverletzungen ausgedehnterer Defektgrößen. Wien Med Wochenschr. 2019;169(9-10):240-251. PMID: 30547373. PMCID: PMC6538587. https://doi.org/10.1007/s10354-018-0675-6
26. Vogt PM, Radtke C, Krezdorn N, et al. Biological conduits based on spider silk for reconstruction of extended nerve defects. Innov Surg Sci. 2024;9(3):133-142. PMID: 39309196. PMCID: PMC11416034. https://doi.org/10.1515/iss-2023-0050
27. Dastagir K, Dastagir N, Limbourg A, Reimers K, Strauß S, Vogt PM. In vitro construction of artificial blood vessels using spider silk as a supporting matrix. J Mech Behav Biomed Mater. 2020;101:103436. PMID: 31586881. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.103436
28. Steins A, Dik P, Müller WH, et al. In Vitro Evaluation of Spider Silk Meshes as a Potential Biomaterial for Bladder Reconstruction. PLoS One. 2015;10(12):e0145240. PMID: 26689371. PMCID: PMC4687005. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0145240
29. Strauß S, Diemer M, Bucan V, et al. Spider silk enhanced tissue engineering of cartilage tissue: Approach of a novel bioreactor model using adipose derived stromal cells. J Appl Biomater Funct Mater. 2024;22:22808000241226656. PMID: 38253568. https://doi.org/10.1177/22808000241226656
30. Sun Y, Jia X, Meng Q. Characteristic Evaluation of Recombinant MiSp/Poly(lactic-co-glycolic) Acid (PLGA) Nanofiber Scaffolds as Potential Scaffolds for Bone Tissue Engineering. Int J Mol Sci. 2023;24(2):1219. PMID: 36674734. PMCID: PMC9861889. https://doi.org/10.3390/ijms24021219
31. Teplenin A, Krasheninnikova A, Agladze N, et al. Functional analysis of the engineered cardiac tissue grown on recombinant spidroin fiber meshes. PLoS One. 2015;10(3):e0121155. PMID: 25799394. PMCID: PMC4370870. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0121155
32. Агапова О.И. Биоинженерные конструкции на основе фиброина шелка и спидроина для регенеративной медицины и тканевой инженерии (обзор). Современные технологии в медицине. 2017;9(2):190-206. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2015-2-37-44
33. Rising A, Widhe M, Johansson J, Hedhammar M. Spider silk proteins: recent advances in recombinant production, structure-function relationships and biomedical applications. Cell Mol Life Sci. 2011;68(2):169-184. PMID: 20668909. PMCID: PMC11114806. https://doi.org/10.1007/s00018-010-0462-z
34. Arcidiacono S, Mello C, Kaplan D, Cheley S, Bayley H. Purification and characterization of recombinant spider silk expressed in Escherichia coli. Appl Microbiol Biotechnol. 1998;49(1):31-38. PMID: 9487707. https://doi.org/10.1007/s002530051133
Рецензия
Для цитирования:
Заманова Р.А., Пятницкая С.В., Файрушина А.И., Сафин Ш.М., Смирнов В.А., Лебенштейн-Гумовски М.В., Григорьевский Е.Д., Гринь А.А., Крылов В.В., Павлов В.Н. Применение материалов на основе шёлка паутины в регенеративной медицине: от исследований in vivo к клиническому применению. Инновационная медицина Кубани. 2026;11(1):123-131. https://doi.org/10.35401/2541-9897-2026-11-1-123-131
For citation:
Zamanova R.A., Piatnitskaia S.V., Fairushina A.I., Safin Sh.M., Smirnov V.A., Lebenstein-Gumovski M.V., Grigorevskiy E.D., Grin A.A., Krylov V.V., Pavlov V.N. Application of Spider Silk-Based Materials in Regenerative Medicine: From In Vivo Studies to Clinical Use. Innovative Medicine of Kuban. 2026;11(1):123-131. (In Russ.) https://doi.org/10.35401/2541-9897-2026-11-1-123-131
JATS XML




























