董曉廷

摘 要 在生物醫(yī)用材料蓬勃發(fā)展的今天，研究開(kāi)發(fā)生物相容性好，安全無(wú)毒價(jià)廉的生物高分子材料交聯(lián)劑具有重要意義。文獻(xiàn)證明，脂肪二酸酐和被氧化的單糖、二糖和多聚糖體系是生物相容性良好的天然交聯(lián)劑。海藻酸鹽是從褐藻中提取的生物相容性好，低毒價(jià)廉的多糖，被廣泛應(yīng)用在食品、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。由于海藻酸鈉的一個(gè)單體單元上含有2個(gè)相鄰的羥基，它們可被氧化成2個(gè)對(duì)氨基和酰肼有極高反應(yīng)活性的醛基，因此可被用作蛋白、多肽、特異氨基酸序列等生物活性物質(zhì)的交聯(lián)劑。運(yùn)用高碘酸鈉氧化海藻酸鈉得出氧化性的海藻酸醛（ADA），由于其具有很好的生物相容性及低毒價(jià)廉，ADA被應(yīng)用到組織工程領(lǐng)域中，并獲得一定的成果。

關(guān)鍵詞 海藻酸醛 組織工程

中圖分類號(hào)：R318.08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

海藻酸是一類由褐藻提取的多糖，是 -D-甘露糖醛酸（M單元）和 -L-古洛糖醛酸（G單元）的無(wú)規(guī)嵌段共聚物。向海藻酸鈉溶液加入二價(jià)陽(yáng)離子如Ca2+、Ba2+、Sr2+，則它們與海藻酸的古洛糖醛酸上的羧基發(fā)生靜電相互作用，形成乳白色的凝膠。因此，當(dāng) -D-甘露糖醛酸和 -L-古洛糖醛酸的組成比（M/G比）較小時(shí)易轉(zhuǎn)變成凝膠。利用此凝膠化特性，可用海藻酸鹽對(duì)細(xì)胞進(jìn)行微包囊，作為酸性粘多糖的海藻酸，此時(shí)類似于細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分糖胺聚糖。由于海藻酸鹽的生物相容性、低毒性和相對(duì)低廉的價(jià)格，被廣泛地應(yīng)用于藥物釋放體系和組織工程領(lǐng)域。但海藻酸鹽本身的降解速率很低，所形成凝膠的降解方式不可控制，降解產(chǎn)物分子量偏高，很難從體內(nèi)清除，在一定程度上限制了海藻酸鹽水凝膠的應(yīng)用。為了克服海藻酸鹽水凝膠的上述缺點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)采用過(guò)碘酸鈉對(duì)海藻酸鈉進(jìn)行氧化，使海藻酸鈉部分糖醛酸單元的羥基轉(zhuǎn)變成醛基，改善了海藻酸鈉的降解性能；由于醛基的反應(yīng)活性相對(duì)較高，可以偶聯(lián)活性蛋白、多肽、特異氨基酸序列等生物活性物質(zhì)，以提高材料與細(xì)胞的相互作用。更多地應(yīng)用到組織工程領(lǐng)域如組織工程角膜的體外重建。

Yang等將提取的牛膠原與海藻酸醛按一定的比例混合后，真空干燥3天后形成一層致密的牛膠原—海藻酸醛薄膜。對(duì)薄膜進(jìn)行傅里葉變換紅外線、原子力形態(tài)分析可知，牛膠原游離的氨基與海藻酸醛的醛基發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，并且經(jīng)過(guò)海藻酸醛交聯(lián)的牛膠原變得非常致密。用MTT實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了牛膠原-海藻酸醛薄膜對(duì)HCS細(xì)胞是否有毒性作用，結(jié)果表明，海藻酸醛對(duì)細(xì)胞幾乎沒(méi)有毒性作用，并且在一定程度上還可以促進(jìn)HCS細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖。由以上可以得出，海藻酸醛作為一種交聯(lián)劑，不僅不會(huì)破壞膠原蛋白的螺旋結(jié)構(gòu)，還可以與膠原分子發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)使膠原的機(jī)械性能有顯著的提高，并且交聯(lián)后形成的膠原—海藻酸醛復(fù)合物對(duì)細(xì)胞活力幾乎沒(méi)有影響。因此海藻酸醛是一種有潛力并可以廣泛使用的交聯(lián)劑。由于海藻酸醛對(duì)細(xì)胞無(wú)毒副作用及快速的交聯(lián)效果，常應(yīng)用到生物3D打印中。Tobias等將一定濃度的明膠與成骨細(xì)胞混合放置在一根針管中，再將一定濃度的海藻酸醛放置在另一個(gè)針管中，按照一定的順序、壓力及移動(dòng)的速率等進(jìn)行生物3D打印，最后打印出一個(gè)細(xì)胞均勻、支架透明且有一定韌性的3D模型。將其放在培養(yǎng)液中培養(yǎng)14-28天后，進(jìn)行結(jié)果分析，可知，模型內(nèi)的成骨細(xì)胞具有生長(zhǎng)、遷移和增殖的活力。因此，海藻酸醛作為一種新型交聯(lián)劑，為以后生物3D打印組織工程角膜提供可靠的基礎(chǔ)。

有研究表明，海藻酸醛與明膠交聯(lián)后的凝膠可以提高細(xì)胞活力，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的分泌，及促進(jìn)細(xì)胞遷移等，可以用于細(xì)胞緩釋藥物生物研究。也有研究證明，海藻酸醛和殼聚糖形成復(fù)合凝膠作為良好的特性骨組織工程支架基質(zhì)材料。骨組織工程方法可以在體外生物支架材料內(nèi)復(fù)合種子細(xì)胞和生長(zhǎng)因子構(gòu)建活體骨組織替代材料，植入體內(nèi)修復(fù)骨缺損，可注射型骨組織工程材料可微創(chuàng)注射重塑骨缺損畸形外觀和填塞任意形狀的骨缺損，具有其獨(dú)特的臨床應(yīng)用價(jià)值。接近人體組織基質(zhì)成分的富血小板血漿、纖維蛋白凝膠、膠原、脫鈣骨基質(zhì)、海藻酸鹽、殼聚糖等材料具有良好的生物相容性和可降解活性，是良好的可注射特性骨組織工程支架基質(zhì)材料。結(jié)果表明復(fù)合物內(nèi)部纖維、條索、膜片連接形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有充足的空間可以提供細(xì)胞附著與增殖的條件，并且復(fù)合物對(duì)細(xì)胞沒(méi)有明顯的毒性作用。

海藻酸醛作為一種新型的低毒、生物相容性良好、生物降解可控的生物交聯(lián)劑，為生物醫(yī)用材料、緩釋藥物、酶工程等領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供了一種新手段。

參考文獻(xiàn)

[1] Yang Hu，Lan Liu，Zhipeng Gu，et al.Modification of collagen with a natural derived cross-linker，alginate dialdehyde[J].Carbohydr Polym，2014（102）：324-332.

[2] Tobias Zehnder，Bapi Sarker，AldoR Boccaccini，et al.Evaluation of an alginate-gelatine crosslinked hydrogel for bioplotting[J].Biofabrication.2015，7（2）.