新型生物降解交联剂

董晓廷

摘 要 在生物医用材料蓬勃发展的今天，研究开发生物相容性好，安全无毒价廉的生物高分子材料交联剂具有重要意义。文献证明，脂肪二酸酐和被氧化的单糖、二糖和多聚糖体系是生物相容性良好的天然交联剂。海藻酸盐是从褐藻中提取的生物相容性好，低毒价廉的多糖，被广泛应用在食品、生物医药等领域。由于海藻酸钠的一个单体单元上含有2个相邻的羟基，它们可被氧化成2个对氨基和酰肼有极高反应活性的醛基，因此可被用作蛋白、多肽、特异氨基酸序列等生物活性物质的交联剂。运用高碘酸钠氧化海藻酸钠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价廉，ADA被应用到组织工程领域中，并获得一定的成果。

关键词 海藻酸醛 组织工程

中图分类号：R318.08 文献标识码：A

海藻酸是一类由褐藻提取的多糖，是 -D-甘露糖醛酸（M单元）和 -L-古洛糖醛酸（G单元）的无规嵌段共聚物。向海藻酸钠溶液加入二价阳离子如Ca2+、Ba2+、Sr2+，则它们与海藻酸的古洛糖醛酸上的羧基发生静电相互作用，形成乳白色的凝胶。因此，当 -D-甘露糖醛酸和 -L-古洛糖醛酸的组成比（M/G比）较小时易转变成凝胶。利用此凝胶化特性，可用海藻酸盐对细胞进行微包囊，作为酸性粘多糖的海藻酸，此时类似于细胞外基质的主要成分糖胺聚糖。由于海藻酸盐的生物相容性、低毒性和相对低廉的价格，被广泛地应用于药物释放体系和组织工程领域。但海藻酸盐本身的降解速率很低，所形成凝胶的降解方式不可控制，降解产物分子量偏高，很难从体内清除，在一定程度上限制了海藻酸盐水凝胶的应用。为了克服海藻酸盐水凝胶的上述缺点，本实验采用过碘酸钠对海藻酸钠进行氧化，使海藻酸钠部分糖醛酸单元的羟基转变成醛基，改善了海藻酸钠的降解性能；由于醛基的反应活性相对较高，可以偶联活性蛋白、多肽、特异氨基酸序列等生物活性物质，以提高材料与细胞的相互作用。更多地应用到组织工程领域如组织工程角膜的体外重建。

Yang等将提取的牛胶原与海藻酸醛按一定的比例混合后，真空干燥3天后形成一层致密的牛胶原—海藻酸醛薄膜。对薄膜进行傅里叶变换红外线、原子力形态分析可知，牛胶原游离的氨基与海藻酸醛的醛基发生了化学反应，并且经过海藻酸醛交联的牛胶原变得非常致密。用MTT实验检测了牛胶原-海藻酸醛薄膜对HCS细胞是否有毒性作用，结果表明，海藻酸醛对细胞几乎没有毒性作用，并且在一定程度上还可以促进HCS细胞的生长和增殖。由以上可以得出，海藻酸醛作为一种交联剂，不仅不会破坏胶原蛋白的螺旋结构，还可以与胶原分子发生强烈的化学反应使胶原的机械性能有显著的提高，并且交联后形成的胶原—海藻酸醛复合物对细胞活力几乎没有影响。因此海藻酸醛是一种有潜力并可以广泛使用的交联剂。由于海藻酸醛对细胞无毒副作用及快速的交联效果，常应用到生物3D打印中。Tobias等将一定浓度的明胶与成骨细胞混合放置在一根针管中，再将一定浓度的海藻酸醛放置在另一个针管中，按照一定的顺序、压力及移动的速率等进行生物3D打印，最后打印出一个细胞均匀、支架透明且有一定韧性的3D模型。将其放在培养液中培养14-28天后，进行结果分析，可知，模型内的成骨细胞具有生长、迁移和增殖的活力。因此，海藻酸醛作为一种新型交联剂，为以后生物3D打印组织工程角膜提供可靠的基础。

有研究表明，海藻酸醛与明胶交联后的凝胶可以提高细胞活力，血管内皮生长因子的分泌，及促进细胞迁移等，可以用于细胞缓释药物生物研究。也有研究证明，海藻酸醛和壳聚糖形成复合凝胶作为良好的特性骨组织工程支架基质材料。骨组织工程方法可以在体外生物支架材料内复合种子细胞和生长因子构建活体骨组织替代材料，植入体内修复骨缺损，可注射型骨组织工程材料可微创注射重塑骨缺损畸形外观和填塞任意形状的骨缺损，具有其独特的临床应用价值。接近人体组织基质成分的富血小板血浆、纤维蛋白凝胶、胶原、脱钙骨基质、海藻酸盐、壳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组织工程支架基质材料。结果表明复合物内部纤维、条索、膜片连接形成的网络结构，有充足的空间可以提供细胞附着与增殖的条件，并且复合物对细胞没有明显的毒性作用。

海藻酸醛作为一种新型的低毒、生物相容性良好、生物降解可控的生物交联剂，为生物医用材料、缓释药物、酶工程等领域的研究和应用提供了一种新手段。

参考文献

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