劉子琦 張 斌

殼聚糖（CS）作為天然多糖甲殼素脫除部分乙?；漠a(chǎn)物，主要分布于許多海洋低等動(dòng)物特別是節(jié)肢動(dòng)物如蝦、蟹、昆蟲(chóng)等外殼，也存在于低等植物如菌藻類(lèi)和真菌的細(xì)胞壁中［1］。其常作為藥物和生長(zhǎng)因子的載體，用以修復(fù)口腔頜面骨組織及神經(jīng)組織缺損。殼聚糖還具有較高金屬結(jié)合性能，可作為涂層結(jié)合于金屬鈦表面，在牙齒種植領(lǐng)域具有較大應(yīng)用潛力。本文結(jié)合殼聚糖的新近文獻(xiàn)，對(duì)其相關(guān)的作用機(jī)制及應(yīng)用效果做一綜述，并展望以殼聚糖為主要成分的復(fù)合材料在修復(fù)口腔頜面組織缺損領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

1.骨組織的修復(fù)

口腔頜面部感染、復(fù)雜骨折等因素均可造成頜骨缺損。目前，缺損區(qū)骨組織重建主要依靠骨移植，其黃金標(biāo)準(zhǔn)是自體骨移植［2］。但可供移植骨的部位有限，且會(huì)造成原來(lái)健康部位的損傷，這些因素都限制了自體骨移植的應(yīng)用［3］。而免疫反應(yīng)又限制了異體骨移植的應(yīng)用。因此臨床上對(duì)優(yōu)良生物性能的骨修復(fù)材料有著迫切的需求。殼聚糖結(jié)構(gòu)中的N-乙?；咸烟前反嬖谟诩?xì)胞外基質(zhì)中的糖胺聚糖中，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于糖胺聚糖，能促進(jìn)成骨細(xì)胞的粘附、生長(zhǎng)、增殖和分化［4］。但純殼聚糖支架脆性大、韌性差，所以將殼聚糖與其他材料聯(lián)合制作成復(fù)合支架是修復(fù)骨缺損的理想選擇［5］。

近年來(lái)，為了模仿天然骨骼的機(jī)械特性和生物學(xué)特性，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種基于殼聚糖的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料用于骨組織修復(fù)。Zeng等［6］通過(guò)冷凍干燥和化學(xué)交聯(lián)法制備了不同組成比例的絲素蛋白（SF)/殼聚糖復(fù)合材料。SF和CS均無(wú)毒且具有良好的生物相容性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，40%SF-60%CS的復(fù)合支架可能是一種良好的骨組織工程材料，其降解速度穩(wěn)定、有利于細(xì)胞黏附，還可促使進(jìn)成骨細(xì)胞分泌胞外基質(zhì)［6］。石墨烯、氧化石墨烯［7,8］和碳納米管［9,10］等碳基材料與殼聚糖結(jié)合，應(yīng)用于骨組織工程。這些材料的優(yōu)異力學(xué)性能可增強(qiáng)支架強(qiáng)度。Aidun等制備了電紡殼聚糖-聚己內(nèi)酯-膠原三元氧化石墨烯復(fù)合支架。體外實(shí)驗(yàn)表明，隨著氧化石墨烯含量的增加，支架的親水性、生物活性以及細(xì)胞的附著和增殖能力也相應(yīng)增加。

受天然生物的生物礦物成分的啟發(fā)，與殼聚糖形成復(fù)合材料的無(wú)機(jī)成分通常是天然生物礦物，最常見(jiàn)的是羥基磷灰石［11］。對(duì)于殼聚糖-羥基磷灰石復(fù)合支架的研究一度較為廣泛［8］。而在殼聚糖-羥基磷灰石復(fù)合支架的基礎(chǔ)上再混入其他物質(zhì)，是近年來(lái)的研究趨勢(shì)。Jolly等將具有生物活性的海棗籽與殼聚糖-羥基磷灰石復(fù)合支架整合，形成納米復(fù)合支架，在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中證實(shí)其生物相容性和機(jī)械性能均顯著提高［12］。在大鼠顱骨缺損的模型中，植入此支架的骨缺損部位早期就有明顯的骨形成。Wu等［13］將負(fù)載阿侖膦酸鈉（AL）的殼聚糖/羥基磷灰石微球加入聚乳酸/納米羥基磷灰石基質(zhì)中，制備成新型微球-支架雜化系統(tǒng)。采用放射學(xué)和組織學(xué)方法評(píng)價(jià)了兔橈骨大段缺損的體內(nèi)骨修復(fù)效果，含10%微球的支架在8周內(nèi)完成了骨缺損修復(fù)，與對(duì)照組相比效果更佳。Wang等［14］采用冷凍干燥法制備了載鋅碳納米管/殼聚糖復(fù)合生物材料。在修復(fù)大鼠顱骨缺損的實(shí)驗(yàn)中取得了良好效果。含鋅復(fù)合生物材料具有良好的力學(xué)性能和骨誘導(dǎo)性能力。1%鋅碳納米管/殼聚糖對(duì)大鼠顱骨缺損的成骨效果最佳［14］。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，Tong等［15］制備了兔下頜骨缺損模型，將轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1-絲素蛋白-殼聚糖復(fù)合支架植入兔下頜骨內(nèi)，組織學(xué)和顯微放射學(xué)觀察結(jié)果表明，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1-絲素蛋白-殼聚糖復(fù)合支架與宿主骨具有良好的生物相容性和廣泛的骨傳導(dǎo)性。李曉靜等［16］采用真空冷凍干燥技術(shù)將殼聚糖和膠原按不同比例混合，將制成的膜材料覆蓋于犬下頜骨的頰側(cè)裂隙狀缺損模型處, 以觀察其引導(dǎo)骨修復(fù)再生效果。在8和12周，應(yīng)用該膜的動(dòng)物模型新生骨高度顯著高于空白對(duì)照組，但該膜的強(qiáng)度和屏障功能需進(jìn)一步研究以改善。臨床試驗(yàn)方面，Gupta等［17］對(duì)27例無(wú)癥狀的下頜對(duì)稱(chēng)第三磨牙同時(shí)拔除，將殼聚糖敷料放入一側(cè)的拔牙創(chuàng)內(nèi)作為實(shí)驗(yàn)組。術(shù)后以X線評(píng)價(jià)拔牙窩的骨密度。結(jié)果顯示，術(shù)后2周和術(shù)后3個(gè)月實(shí)驗(yàn)組拔牙創(chuàng)骨密度絕大多高于對(duì)照組，這說(shuō)明殼聚糖可促進(jìn)拔牙創(chuàng)的愈合和早期成骨。

2.神經(jīng)組織的修復(fù)

目前面神經(jīng)損傷的修復(fù)方法可分為兩大類(lèi)，即顯微外科技術(shù)和神經(jīng)導(dǎo)管技術(shù)［18］。但手術(shù)創(chuàng)傷及并發(fā)癥、供受區(qū)神經(jīng)匹配及功能恢復(fù)不足限制了顯微外科技術(shù)的應(yīng)用。由于殼聚糖具有良好的生物相容性、生物降解性、易獲得性和抗菌活性，已被廣泛應(yīng)用于周?chē)窠?jīng)修復(fù)。殼聚糖能夠支持軸突再生［19］，減少?gòu)V泛瘢痕形成，促進(jìn)功能恢復(fù)［20］，防止周?chē)窠?jīng)損傷后神經(jīng)瘤的形成［21］，這表明殼聚糖在神經(jīng)重建手術(shù)中的應(yīng)用潛力。

Wang等［22］在2006年通過(guò)工業(yè)編織工藝，將殼聚糖纖維紗線首次用于制造多孔的中空管，作為支架的外壁。體外表征顯示，該支架具有合適的機(jī)械強(qiáng)度、多孔性、膨脹性和生物降解性，可用于神經(jīng)組織工程。但單純殼聚糖支架脆性大，韌性差，交聯(lián)法為殼聚糖在周?chē)窠?jīng)再生領(lǐng)域的成功應(yīng)用提供了足夠的力學(xué)性能。Cheng等［23］制備了一系列含不同組分明膠的殼聚糖-明膠復(fù)合膜，力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，濕潤(rùn)狀態(tài)下的復(fù)合膜比單純殼聚糖膜具有更低的楊氏模量和更高的拉伸斷裂率。所有復(fù)合膜均為親水材料。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是制備簡(jiǎn)單、成本低、機(jī)械性能和神經(jīng)細(xì)胞親和力都有一定改善。Fregnan等［24］采用溶劑澆鑄技術(shù)將磷酸二鈉（DSP）與殼聚糖（CS）交聯(lián)制成CS/DSP神經(jīng)支架，通過(guò)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明交聯(lián)生物膜促進(jìn)大鼠背根神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的黏附，誘導(dǎo)施萬(wàn)細(xì)胞樣形態(tài)，支持神經(jīng)突起的生長(zhǎng)。其效果接近神經(jīng)自體移植。

殼聚糖的乙酰化程度也被證明是一個(gè)相關(guān)的因素，乙酰化程度影響著再生支持細(xì)胞（例如施萬(wàn)細(xì)胞）的存活、增殖和細(xì)胞活性［25］。Carvalho等［25］制備了三種不同乙?；潭鹊臍ぞ厶悄?，研究證實(shí)與乙?；潭葹?%和2%的膜相比，乙?；潭葹?%的膜硬度變?nèi)?、彈性增?qiáng)。這不僅表明施萬(wàn)細(xì)胞與成纖維細(xì)胞相比在這種基質(zhì)上黏附性更好，也闡明了高乙酰化殼聚糖生物膜的效果明顯更好。此外，不同成分的水凝膠，如透明質(zhì)酸水凝膠［26］、纖維蛋白納米纖維水凝膠［27］或辛伐他汀/Pluronic F-127水凝膠［28］經(jīng)常被用來(lái)與殼聚糖管結(jié)合使用。應(yīng)用這些水凝膠作為殼聚糖管的內(nèi)填充材料，可以促進(jìn)軸突再生和運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。結(jié)果表明，殼聚糖與不同成分水凝膠的復(fù)合材料具有較好的神經(jīng)細(xì)胞親和力，是一種很有前途的神經(jīng)再生生物材料?？勺⑸錃ぞ厶腔鶡崦羲z，具有植入過(guò)程中侵入性小、便于細(xì)胞的包封［29］和溫和的反應(yīng)條件［30］等多種優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)注射法，水凝膠能夠準(zhǔn)確地填充任何不規(guī)則缺陷［31］。Zhang等［31］以殼聚糖、羥乙基纖維素、膠原蛋白和β-磷酸甘油酸為主要原料，制備了一種熱敏復(fù)合水凝膠，承載骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，用以修復(fù)小鼠脊髓神經(jīng)損傷。包裹在復(fù)合水凝膠中的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在5天后的存活達(dá)到90%以上。

在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面，Liu等［32］將兔的腮腺淺葉完全切除，以殼聚糖和透明質(zhì)酸覆蓋面神經(jīng)斷端。在術(shù)后4周、6周和12周后通過(guò)觸須運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)、神經(jīng)電生理檢查和神經(jīng)外檢查等手段評(píng)估面神經(jīng)恢復(fù)情況。發(fā)現(xiàn)雖然實(shí)驗(yàn)組的神經(jīng)纖維較多，髓鞘較厚，神經(jīng)傳導(dǎo)速度較快。但差異無(wú)顯著性（P＞0.05)。這說(shuō)明殼聚糖改性的必要性。殼聚糖-β-甘油磷酸酯-神經(jīng)生長(zhǎng)因子水凝膠［33］和殼聚糖聯(lián)合自體富血小板血漿神經(jīng)導(dǎo)管［34］在兔面神經(jīng)損傷模型中均有更出色的表現(xiàn)，觸須運(yùn)動(dòng)恢復(fù)率和面神經(jīng)復(fù)合肌肉動(dòng)作電位與自體移植修復(fù)組相近，明顯優(yōu)于單純神經(jīng)生長(zhǎng)因子組。

3.牙體組織的修復(fù)

殼聚糖因其出色的抗菌性能，在修復(fù)牙體缺損、牙列缺損等方面表現(xiàn)突出。牙體種植作為目前較理想的牙列缺損的修復(fù)方式已被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。骨結(jié)合是衡量種植成功與否的重要標(biāo)志。然而，種植體金屬的表面惰性使其不能與周?chē)墙M織發(fā)生良好的骨結(jié)合。同時(shí)，細(xì)菌的粘附往往會(huì)引起種植體周?chē)讓?dǎo)致修復(fù)失敗。殼聚糖良好的生物相容性，可降解性，無(wú)毒性及抗菌活性使其常作為金屬表面涂層應(yīng)用于牙體種植領(lǐng)域。此外，近年來(lái)殼聚糖還被應(yīng)用于義齒粘接劑、蓋髓劑等領(lǐng)域。豐富了殼聚糖修復(fù)口腔頜面組織缺損的范圍。

Cai等［35］和Ordikhani等［36］分別制備了四環(huán)素-殼聚糖明膠納米球涂層和古霉素-殼聚糖復(fù)合物涂層，并應(yīng)用電泳沉積法（EPD）將制備的復(fù)合材料沉積到鈦金屬表面。他們均發(fā)現(xiàn)涂層中藥物的釋放曲線早期出現(xiàn)突釋?zhuān)竽芫S持穩(wěn)定，且能有效的殺滅周?chē)?xì)菌。極化電化學(xué)腐蝕研究表明，涂有藥物涂層的鈦金屬的腐蝕電流密度明顯低于未涂覆涂層的對(duì)照組。Dicarlo等［37］通過(guò)電化學(xué)技術(shù)在鈦上制備了鎵改性的殼聚糖-聚丙烯酸涂層。并通過(guò)電化學(xué)沉積時(shí)間調(diào)整雙層中的鎵負(fù)載，以確定抗菌活性和細(xì)胞相容性之間的最佳平衡。殼聚糖充當(dāng)鎵金屬抗菌劑的載體，聚丙烯酸促進(jìn)涂層粘附，二者相輔相成。Chen等［38］采用逐層自組裝技術(shù)將殼聚糖-兒茶酚、凝膠及羥基磷灰石納米纖維沉積在鈦金屬種植體表面。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該復(fù)合涂層可誘導(dǎo)微環(huán)境變化從而促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的黏附和增殖，促進(jìn)骨愈合過(guò)程中成骨和血管生成。另外還有硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)改性法、物理吸附法、等離子噴涂法等。但這些涂層方法存在制備方法復(fù)雜、制備成本高、涂層易剝脫、生物分子釋放量難以控制等弊端。

實(shí)驗(yàn)室證實(shí)，高分子水溶性殼聚糖生物相容性好，可以抑制白色念珠菌的黏附，有望成為抗真菌義齒的粘合劑［39］。加入三氯沙改性后的殼聚糖粘接劑除了具有長(zhǎng)期的抗菌活性外，還能促進(jìn)牙本質(zhì)-粘接面穩(wěn)定，對(duì)邊緣封閉有積極影響［40］。此外，殼聚糖基水凝膠最近被用于牙髓再生，它們可以促進(jìn)牙髓干細(xì)胞和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在體內(nèi)外的增殖、遷移和成牙本質(zhì)分化。殼聚糖有望成為新一代適合臨床應(yīng)用的蓋髓劑［41-43］。

4.展望

殼聚糖是自然界僅次于纖維素的第二大豐富的生物聚合物，分布十分廣泛。因其良好的生物降解性、生物相容性、無(wú)毒性、抑菌作用，被廣泛應(yīng)用于口腔頜面組織缺損的修復(fù)中。早期，學(xué)者將無(wú)機(jī)物通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械方式（如超聲分散）混合到殼聚糖中，然而，由于有機(jī)基質(zhì)和無(wú)機(jī)物之間缺乏分子間相互作用，用這種方法制備的復(fù)合材料是非均質(zhì)的。近年來(lái)，仿生技術(shù)使用有機(jī)分子（蛋白質(zhì)、多肽、膠原、聚合物等）作為模板，通過(guò)模擬生物自然過(guò)程，有效地調(diào)節(jié)無(wú)機(jī)物的晶體生長(zhǎng)、相變和顆粒組裝過(guò)程，從而合成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料，模擬骨骼和牙齒等天然組織的復(fù)合殼聚糖［44］。探索更優(yōu)良的交聯(lián)材料、更適宜的混合比例是未來(lái)殼聚糖應(yīng)用于口腔頜面組織缺損修復(fù)的發(fā)展方向。