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组织工程学材料制作中壳聚糖的应用综述

   发布时间:2018-05-27   [点击量:834]  


安排工程学是运用工程学和生命科学的原理和技能,对具有功用残缺的安排进行修正及再造,可构建出具有生物活性的安排与器官。其实质是运用细胞培育技能在体外培育出细胞或将支架安排结构物移至体内,在体内建成具有相应功用的结构与安排器官[1-2].将安排工程合理运用的关键是找到适宜的支架资料,使细胞在支架安排中杰出的成长、增殖至终究到达具有生物学活性的安排,能够发挥其修正功用。可运用安排工程学技能进步自体脂肪术后的存活率,将安排工程学在医学美容方向广泛运用。


  壳聚糖(chitosan,CS)是一种天然可吸附阳离子生物多糖的生物资料,因而具有生物相容性较好、亲水性、可塑性、易降解性和无毒副作用等特性[3].壳聚糖及其衍生物运用于安排工程学资料制造中,为各功用损害的器官安排再生供给支架空间,补偿其功用缺陷[4].近几年来,研讨者们将壳聚糖制造为凝胶、微球以及三维支架等支架结构,用于对安排工程的研讨,本文就其相关发展总述如下。
  
  1、壳聚糖的概述
  
  壳聚糖(CS)是由甲壳素经过脱乙酰化后构成的产品,归于天然的高分子聚合物。在自然界广泛存在,含量位列第二位,仅低于纤维素。壳聚糖的详细构成是一种由葡萄胺和N-乙酰葡萄胺经过脱乙酰化的 B-1,4糖苷键衔接组成的线性多糖[5-6],与软骨基质糖氨多糖(Glycosaminoglycan,GAG)的分子结构相似,降解后构成氨基葡萄糖单体,对人体无毒副作用,有较好的生物相容性、可降解性、无免疫原性、具有抗炎灭菌等作用[7].
  
  壳聚糖有着甲壳素的优良特性:具有亲水性、吸水性和可降解性等特色,降解后产品为单糖,对安排、细胞无毒副作用,不会对安排发生异物反应和安排免疫原性,壳聚糖是一种带正电荷的聚合糖,有利于与细胞非特异性吸附,物理和化学功用十分稳定,是安排工程中运用较多的生物支架资料[8],一起,氨基的存在使壳聚糖能够溶解于稀酸溶液,大大扩展了其运用规模[9],而且能够实现可循环运用,是抱负的生物医用资料[5].
  
  2、壳聚糖的运用
  
  2.1 壳聚糖水凝胶的研讨:水凝胶是一种较强的吸水资料,由水溶性高分子交联构成,其交联的网格在遇水后胀大,且涣散,高含水量但不溶解,将其结实于高分子三维网络中,整个水凝胶体系坚持杰出的稳定性。水凝胶的柔软、高含水量,与活体安排质感相似,生物相容性较杰出,因而水凝胶多被用于药物投递资料、隐形眼镜、人工血浆以及皮肤安排填充资料、安排工程支架等。壳聚糖水凝胶的特性为毒性小、与生物易溶[10].且壳聚糖水凝胶具有酸碱度敏感性,温度敏感性,但酸碱度和温度改动不会影响壳聚糖水凝胶的正常作用。
  
  水凝胶具有三维网络结构,结构中含大量的水,可利于养分物质和代谢产品的运送,为细胞供给养分。水凝胶有流动性的特色,可采用打针的办法进入人体。所发生的创伤较小,而且可在体内改动凝胶的形状及位置,为细胞投递成长因子和药物,是最适宜的载体资料,且易降解,水凝胶的理化特性决议其制备安排工程支架最为适宜。壳聚糖水凝胶降解后的产品具有较好的生物相容性,且壳聚糖的灭菌、防粘连等特色能够协助安排功用进行修正,是较好的制备安排工程支架的资料。
  
  Bio Syntech Canada公司研制包括壳聚糖和甘油磷酸二钠盐水凝胶,该体系在室温下表现为液态,在挨近体温下可凝固为胶状。而且水凝胶的制备过程中无需添加任何有机溶剂和交联剂,无形中下降水凝胶的毒性并进步生物相容性,可用于药物缓释资料、骨或软骨填充资料等安排工程领域。Chenite等[11]研讨发现甘油磷酸盐调控壳聚糖及水分子间相互作用,制备壳聚糖/甘油磷酸盐水溶性复合物,经过打针办法将复合物注入体内,植入后可原位凝胶化,正好展现壳聚糖水凝胶具有杰出的生物相容性特色。在壳聚糖的水溶液中加入多元醇盐如甘油磷酸二钠,因为氢键、静电和疏水的协同作用下,壳聚糖水凝胶溶液在机体生理pH条件下仍可坚持溶胶状态,当壳聚糖水溶液温度升至体温时则转变成凝胶。我国人民解放军军事医学科学院基础医学研讨所王勇等研讨可打针的温敏性壳聚糖水凝胶的安排工程资料,将带有促血管成长因子的打针水凝胶打针至动物心肌梗死模型特定区中,调查修正心计梗死区域的状况。发现试验组血管密度增高,并下降了纤维化程度,心肌存活数也有所添加,正是因为壳聚糖水凝胶其灭菌、生物相溶等长处,使其在临床安排工程中被广泛运用。
  
  2.2 壳聚糖微球的研讨:近年来,微球是安排工程学中正蓬勃发展的新剂型,由安排工程支架资料制成为球状载体给药体系。因为将药物涣散或包埋在微球中而构成外形相似球状实体,微球直径巨细一般0.3~100μm,微球的不同粒径规模作用于不同的靶器官安排[12].壳聚糖微球制备办法有许多种,如:乳化交联、蒸腾溶剂、液中干燥、喷雾干燥等办法。微球载体作为新式药物环节控释体系,其长处具有不只能够缓解药物、靶向运送,而且在保证药物剂量的前提下,削减药量,下降药物的毒性。研讨发现[13]运用乳化化学交联法,再经戊二醛固化得到的微球结构,密度细密,其外形形状巨细散布都满意需求,且缓释作用杰出。李雅兰等[14]研讨标明,运用不同的交联剂用量对微球载药量、投递量和开释量均有影响,为挑选适宜的微球制备条件供给根据,所制备的微球粒径应该最好为20 pm左右,而且微球的载药量跟着所添加的药物量的添加。
  
  2.3 壳聚糖复合三维支架的研讨:适宜的安排工程支架资料应契合三个特性:首要,生物相容性,可降解性,无细胞毒性,无免疫原性;其次,一定的机械强度,易于加工成型;终究,具有一定的通透性,有利于细胞浸透和药物的进入[4,12].壳聚糖支架可为种子细胞、细胞供给三维立体的培育环境,使细胞在支架资料中能够正常成长、增殖,并排泄细胞外基质替代植入的支架资料,再逐步降解资料,终究构成具有生物活性的安排,到达修补安排残缺的意图。临床所运用的支架资料除了要求具有杰出的生物相容性,可降解性及可塑性外,还应具有三维立体结构。三维立体结构多为孔状,外形似于海绵状,孔隙率一般到达80%以上,跟着内表面积添加,能够便利带负电荷的细胞在支架安排中结实粘附。其次,三维立体的安排结构有助于养分物质的投递和代谢产品的排泄,且支架资料在生物降解后只发生少数的产品,对安排修正功用影响较弱。
  
  单一的支架资料通常无法到达三维立体结构的要求,即便具有抱负支架的长处,在临床上却不易独自运用。因而,壳聚糖复合其他生物资料制备三维多孔立体支架,利于细胞的粘赞同成长,具有杰出的机械功用,相容性,可降解,无酸性降解物等特色,是契合安排工程抱负支架资料的要求,具有潜在的临床运用远景[1].壳聚糖-明胶复合支架已成为近几年研讨的热门,多被用在人工皮肤、骨移植和安排工程支架等诸多方面。明胶虽具有较好的生物相容性和可降解性,但仍存在可塑性较差,难以成形,无法满意安排的构建,而壳聚糖能够战胜明胶的缺陷,而且易于成型,加工简易,彻底满意真皮支架资料的要求。郭宏磊等[15-16]研讨标明在壳聚糖-明胶支架复合过程中,因为壳聚糖带正电荷,静电作用下壳聚糖可与带负电荷的明胶蛋白分子紧密结合,明胶分子结构含有氨基和羧基相似的亲水基团,明胶的引入便可添加壳聚糖的亲水功用,其溶质的透过才能及透氧功用有所进步,明胶还能够促进软骨细胞在三维支架上吸附、成长增殖、分解和排泄细胞外基质。有研讨标明制备壳聚糖和明胶复合纤维支架的过程中,可用静电纺丝技能进步壳聚糖灭菌和防粘连的特色,合并明胶吸水和防渗出的特色,在模仿皮肤结构的一起,促进创伤愈合,终究到达皮肤安排工程支架资料的条件[3,6].
  
  3、小结
  
  壳聚糖是人类触摸较晚但在自然界极其丰富的天然资源,跟着对壳聚糖的深入研讨,还有更多的微妙等着人们去发现,并在多个领域中壳聚糖都起到重要作用。如在皮肤安排工程中,因壳聚糖所具有的无毒、抗菌、杰出的生物降解功用,可作为创伤敷料,能有用避免粘连,促进创伤愈合。在软骨安排中,能够经过体外培育的办法,将别离的关节软骨细胞或体细胞相融在支架中,植入到受伤的关节处。近年来,跟着对壳聚糖及其衍生物的研讨,其延伸到神经、肝脏等其他安排中,其在安排工程中的潜力不行小觑。壳聚糖作为现今发现的唯一荷正电的天然多糖,一种资源丰富且功用优秀的生物资料,在安排工程资料的运用中,在不同的安排都展现出其运用的潜力。尽管仍存在一些不足,如当作支架资料时,其力学强度、降解速度以及与宿主之间的结合才能都有待进步和优化。优化和改进壳聚糖资料成为一个重要的方向。壳聚糖支架资料作为一种新式的药物投递资料和修正功用资料,将会在整形外科更为遍及地运用[17].因而,跟着生物资料学和临床医学的不断发展,经过壳聚糖在安排工程学的办法来进步自体脂肪移植术后脂肪的存活率将成为研讨热门,为医学美容中体表软安排的修正和功用重建带来了新的期望。
  
  [参考文献]

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