陳怡霏等

殼聚糖（chitosan，CTS）作為甲殼素脫乙酞氨基后的一種產(chǎn)物，又稱為脫乙酞甲殼素，是纖維素以外第二大最豐富的天然高分子化合物[1]。殼聚糖具有抗微生物、調(diào)節(jié)血脂、增強(qiáng)機(jī)體免疫能力以及抑制腫瘤等生物活性。由于殼聚糖與機(jī)體內(nèi)的氨基葡萄糖類具有相似結(jié)構(gòu)，類似于人體骨膠原組織，而且具有無(wú)毒害、良好的生物相容性等特點(diǎn)，在骨組織工程的應(yīng)用和研究中發(fā)展迅速，現(xiàn)針對(duì)殼聚糖及其衍生物的生物相容性綜述如下。

1CTS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其生物活性

CTS作為一種甲殼素的脫乙酞化產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)上與聚多糖類似，游離的氨基可使其溶解度及其生物活性大幅度提高[2]。研究表明，CTS具有良好的促成骨作用[3-4]，還可促進(jìn)小血管生成[5]。Muzzarelli [6]對(duì)犬類的研究發(fā)現(xiàn)，CTS對(duì)成年犬骨缺陷的治療具有良好療效。由于在中性以及堿性環(huán)境中溶解度較低，在酸性環(huán)境下溶解較大，從而導(dǎo)致其在機(jī)體內(nèi)的運(yùn)用受到較大限制。Wang[7]提出根據(jù)仿生構(gòu)建的相關(guān)理論，對(duì)CTS進(jìn)行磷酸酯化處理，同時(shí)引入鈣離子，使之親水性增加。李曉龍[8]對(duì)磷酸化的CTS研究發(fā)現(xiàn)，由于其具有磷酸酯集團(tuán)，從而對(duì)血漿中磷酸酯有較好的吸附作用，同時(shí)將磷酸酯固定在其表面，形成仿生生物膜，有效地降低了表面物質(zhì)與血漿蛋白的作用，且可降低血小板的粘附及其活性，進(jìn)而防止血栓形成。CTS作為羥基磷灰石類無(wú)機(jī)質(zhì)以及膠原蛋白為主要成分的有機(jī)物，而在仿生材料中將其具有生物活性的部分植入其骨組織的連接界面，從而對(duì)缺損部位進(jìn)行修復(fù)[9]。對(duì)改性后的CTS研究發(fā)現(xiàn)，它具有良好的生物活性，有利于成骨細(xì)胞、牙周膜細(xì)胞等吸附以及聚集，從而促進(jìn)細(xì)胞的分化以及增殖[10]。

2CTS在羥基磷灰石復(fù)合材料中的應(yīng)用

羥基磷灰石復(fù)合材料作為一種具有表面活性物質(zhì)的陶瓷，廣泛用于骨組織工程，其不僅具有良好的強(qiáng)度，適應(yīng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)要求，而且具有良好的韌性，確保長(zhǎng)期使用不會(huì)變形[11]。Wang [12]指出當(dāng)羥基磷灰石復(fù)合材料植入機(jī)體后，將加速機(jī)體的骨礦化過(guò)程，從而誘導(dǎo)骨再生，且由于其降解后無(wú)毒害物質(zhì)產(chǎn)生而被廣泛運(yùn)用。多孔陶瓷由于空隙大、表面粗糙、脆性大而難以塑性，而CTS具有良好的修飾性，且可加速細(xì)胞的吸附，從而可將其塑造成為多種形狀[13-14]。Chen [15]對(duì)單純CTS支架與納米羥基磷灰石/殼聚糖復(fù)合支架的研究發(fā)現(xiàn)，種子細(xì)胞在后者中增殖分化的程度明顯高于前者。復(fù)合支架可檢測(cè)到骨鈣素的表達(dá)，而且復(fù)合支架具有良好的生物相容性以及骨傳導(dǎo)性[16]。CTS作為一種可降解的生物材料，其結(jié)構(gòu)與聚多糖類似，在機(jī)體中游離的氨基可使其溶解度以及生物活性明顯增加，但是將其作于一種植骨材料時(shí)則暴露出其缺乏生長(zhǎng)引導(dǎo)和誘導(dǎo)特性的缺點(diǎn)。為了提高其在骨修復(fù)中的作用，將CTS與促進(jìn)骨生長(zhǎng)以及相關(guān)細(xì)胞增殖的材料進(jìn)行復(fù)合使用，磷酸鈣鹽不但具有良好的生物相容性，而且具有變異低等特點(diǎn)，其鈣離子以及磷離子可釋放并沉積在新生骨中，而其釋放的類骨磷灰石微晶可加速骨細(xì)胞的增殖和分化，提高其生物相容性以及生物作用[17]。

3CTS與可吸收膠原復(fù)合支架材料的聯(lián)合應(yīng)用

CTS以及膠原作為一種生物體內(nèi)的高聚物，是骨組織中的主要構(gòu)成蛋白，而且也是天然的骨移植支架生物材料，具有植骨后生物相容性好，來(lái)源充足以及免疫排除反應(yīng)小等特點(diǎn)[18-19]。但是由于其機(jī)械強(qiáng)度低，含水量過(guò)大以及骨誘導(dǎo)性差等缺點(diǎn)，使其在骨移植中的應(yīng)用受到限制[20]。膠原具有特異性分子的識(shí)別功能，可促進(jìn)細(xì)胞的增殖和粘附，而且可對(duì)細(xì)胞的分化有一定的誘導(dǎo)作用，且膠原在機(jī)體內(nèi)降解為氨基酸，具有無(wú)刺激、無(wú)毒以及無(wú)過(guò)敏原等特點(diǎn)而作為細(xì)胞支架材料廣泛應(yīng)用于組織工程，但同時(shí)由于其力學(xué)特點(diǎn)差，且在體內(nèi)使用時(shí)降解速度過(guò)快，也使其應(yīng)用受到一定限制[21-24]。Ragetly等 [25]采用可吸收膠原海綿作為載體研究骨再生作用，發(fā)現(xiàn)CTS與可吸收膠原海綿聯(lián)合組患者，新骨區(qū)以及損傷恢復(fù)區(qū)明顯高于單純組，從而認(rèn)為骨可吸收膠原海綿可作為一種對(duì)殼聚糖進(jìn)行緩解的良好載體，使其以穩(wěn)定速度的釋放，保證骨的形成。

4CTS與聚乳酸復(fù)合支架的聯(lián)合應(yīng)用

聚乳酸作為一種人工合成的高分子物質(zhì)，不但具有良好的生物活性，而且具有降解可調(diào)控，可誘導(dǎo)部分基因轉(zhuǎn)錄上調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，但該類物質(zhì)也具有親水能力差且降解產(chǎn)物為酸性物質(zhì)，可改變局部環(huán)境的酸堿度等缺點(diǎn)[26]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，聚乳酸聯(lián)合CTS的骨修復(fù)材料，既能良好地保留兩種生物材料的優(yōu)點(diǎn)，如：生物活性、生物相容性以及力學(xué)性質(zhì)等，而且還改善了生物材料的加工性能，同時(shí)，它們的降解產(chǎn)物可相互中和，從而減小了對(duì)局部環(huán)境酸堿度的影響[27]。Cai [28]對(duì)CTS的研究發(fā)現(xiàn)，CTS具有較多的氫鍵，從而保證了在其水解過(guò)程中對(duì)水的滲透以及擴(kuò)散進(jìn)行抑制，降低聚乳酸的降解速度。體外研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞可迅速擴(kuò)散到聚乳酸聯(lián)合殼聚糖支架的間隙，而且吸附能力較好，提示這種復(fù)合材料具有良好的親水性[29]。通過(guò)植入肌肉的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，聯(lián)合材料植入后局部炎癥反應(yīng)少，其生物活性和組織相容性明顯提高[30]。

5含有生長(zhǎng)因子的CTS復(fù)合材料的應(yīng)用

生長(zhǎng)因子通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞的分化以及細(xì)胞產(chǎn)物的合成，對(duì)成骨過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)[31]。其中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子作為一種多功能的生長(zhǎng)因子，能夠促進(jìn)細(xì)胞的分化、增殖以及細(xì)胞外基質(zhì)的合成，從而提高了生物材料的活性[32]。此外，生物因子在促進(jìn)新骨形成、創(chuàng)傷愈合以及骨組織重建等過(guò)程中也有較好作用[33]。Lopes等 [34]對(duì)骨形態(tài)發(fā)生蛋白的研究發(fā)現(xiàn)，它具有良好的骨誘導(dǎo)作用，主要誘導(dǎo)間充質(zhì)細(xì)胞分化成為骨細(xì)胞以及軟骨細(xì)胞。同時(shí)，骨形態(tài)發(fā)生蛋白可異位誘導(dǎo)新骨的形成，但其本身不能作為支架材料，需要一種支架材料進(jìn)行復(fù)合作用。而CTS本身含有大量的帶有正電的自由氨基，具有良好的吸附能力，復(fù)合加入生長(zhǎng)因子后，能夠促進(jìn)骨的生長(zhǎng)[35-36]。

6展望

骨組織工程作為一種新興學(xué)科，主要研究方向?yàn)橹Ъ懿牧?、種子細(xì)胞以及調(diào)節(jié)因子等[37-38]。而現(xiàn)階段的骨組織工程主要由生長(zhǎng)因子以及細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成，其中細(xì)胞外基質(zhì)作為一種非細(xì)胞性物質(zhì)，作為軟骨和骨種子的重要構(gòu)成部分，它為非膠原蛋白和膠原蛋白與糖胺聚糖構(gòu)成的化學(xué)以及物理方法進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)[39]。CTS作為一種與機(jī)體內(nèi)糖胺聚糖的類似物，具有良好的生物相容性[40]。由于它可與多種生物材料相復(fù)合，從而達(dá)到可促進(jìn)骨生長(zhǎng)的目的[41]。但現(xiàn)階段對(duì)于支架的研究仍有較多問(wèn)題需要解決，如支架材料降解與新骨形成的速率不相同，生物材料表面活性物質(zhì)程度較差，材料的細(xì)胞吸附以及促進(jìn)增殖功能較差等[42]。隨著生命科學(xué)以及材料科學(xué)的發(fā)展，從而保證了生物材料向組織工程學(xué)等發(fā)展，同時(shí)隨著納米材料的廣泛運(yùn)用，也是生物材料的發(fā)展方向。

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[收稿日期]2012-04-16[修回日期]2012-06-05

編輯/李陽(yáng)利