壳聚糖构建细胞支架的研究现状

Abstract： Chitosan as a positive linear polysaccharide，has good biodegradability，biocompatibility and pharmacological effects，using chitosan as scaffold basedproduction，can provide a good 3D environment for the growth of cell adhesion， growth and proliferation，has obtained the widespread application in the medical dressing，department of orthopedics materials，drug carrier.
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能促进细胞黏附与增殖，诱导组织再生； 细胞的亲和性，不仅 支持细胞黏附，也使细胞黏附生长良好的材料； 维持三维开 放孔结构，为细胞生长提供环境，壳聚糖凝胶在生物体内可 以与组织进行相互适应； 适当的生物可降解性，降解速率与 组织形成率同步； 无免疫原性、无毒性，具有一定机械强度； 易加工成形。鉴于壳聚糖本身的结构和特性，将壳聚糖制成 细胞支架，能够为细胞生长提供优秀的细胞支架外环境，是 理想的细胞外基质材料。目前壳聚糖及其衍生物作为细胞 支架主要应用在三个方面。 3. 1 药物载体 由壳聚糖制成壳聚糖膜或包埋药物的载 体，由于壳聚糖 的 无 毒 性，可 以 很 好 的 运 用 到 药 物 载 体 上。 壳聚糖膜能允许分子量较低的药物分子通过，可作为理想的 药物缓释材料。并可以延长包埋其中药物的释放时间。卢 风琦等［22］研究发现，微囊中壳聚糖含量越多，其对海藻酸钠 的缓释作用越强。舒晓正等［23］ 用乳化法制 备 了 粒 径 小 于 200 μm 可注射用壳聚糖 － 海藻酸钠微囊，其表面复合的牛 血清蛋白持续释放时间从几小时延长到半个月以上，证实了 壳聚糖作为药物载体可以延长药物的持续释放时间。 3. 2 骨科材料 赵峰等［24］通过 HE 和 von Kossa 染色方法 观察大鼠颅骨成骨细胞在壳聚糖 － 明胶网络 /羟基磷灰石 （ CS － Gel / HA） 复合材料支架上的生长情况，发现大鼠颅骨 成骨细胞在复合材料支架上生长良好，增殖较快，周围分泌 有大量 细 胞 外 基 质，3 周 时 局 部 已 出 现 骨 样 组 织。李 忠 等［25］将间充质干细胞负载到壳聚糖 / β － 甘油磷酸钠凝胶 上，体外三维培养 3 周，发现间充质干细胞能良好地在壳聚 糖 / β － 甘油磷酸钠凝胶内伸展、黏附、生长和增殖，细胞在 新形成的组织内保持成活。韩宁波等［26］取 30 只新西兰大 白兔制备兔膝全层软骨缺损模型。观察发现实验组缺损区 大部分被修复，缺损区被软骨组织充填，组织学检查提示形 成典型的透明样软骨结构。 3. 3 医用敷料 由于创伤、烧伤和皮肤溃烂等多种原因，可 能导致皮肤的大范围损坏，通常情况下采用医用敷料对伤口 进行保护，以防止伤口的感染和脱水，从而进一步恶化。壳 聚糖具有优秀的生物特性，以其为基础作为医用敷料有效地 促进创面表皮重建和伤口愈合，减小瘢痕。达到止痛、止血、 止痒的效果。Abul 等［27］研究壳聚糖薄膜敷料在人体取皮创 面的应用，组织病理学观察发现，壳聚糖敷料覆盖下的细胞 能刺激皮肤层修复和组织结构重建，诱导创面快速而有序地 愈合，生成良好的新皮肤组织，可以很好地运用在医用敷料 上。郑婵颖［28］研究发现将高分子量的壳聚糖制成丝后再将 其纺织成纱布，在此纱布上涂敷低分子量壳聚糖制得医用敷 料，不仅具备物质本身良好的抗菌、止血和与人体组织融合 的功能，还具有了其结构所体现的柔软、透气等特性。 3. 4 其他应用 研究显示，壳聚糖在支架器官再造、皮肤再 造和血管修复等方面获得了新的 应 用 。 陈 刚 等［29］ 利 用 自 行 研制的壳聚糖可吸收管型支架外覆自体颈部肌瓣，通过动物 实验证实壳聚糖可吸收管型支架联合肌瓣修补维持了食管 管道畅通，同时也起到了支撑作用，并且具有良好的生物相
壳聚糖也被称为水溶性甲壳素，甲壳素普遍存在于虾、 蟹等节肢动物的外壳，真菌及一些藻类植物的细胞壁中，可 以很好地应用 在 细 胞 支 架 上，满 足 细 胞 支 架 日 益 增 长 的 需 求。当今壳聚糖作为可降解支架已在组织工程领域具有广 泛研究［21］。以壳聚糖作为细胞支架具有以下几点优势： 优 秀的生物相容性能并能维持支架能，维持细胞形态和表型，
摘要： 壳聚糖为阳性线性多糖，具有很好的生物降解性、生物相容性和药理作用，以壳聚糖为基础制作的细胞 支架，可以为细胞黏附、生长和增殖提供良好的三维生长环境，已在医用敷料、骨科材料、药物载体等方面取得广泛 应用。
关键词： 壳聚糖； 细胞支架； 研究进展 中图分类号： Ｒ944． 9 文献标识码： A 文章编号： 2095 － 5375（ 2015） 04 － 0232 － 004 DOI:10.13506/ki.jpr.2015.04.015
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2. 1 抑菌、抗菌功用 壳聚糖拥有广泛的抗菌抑菌性，对几 十种细菌和真菌生长都有明显的抑制作用。邓婧等［9］研究 发现，壳聚糖对常见的伤口感染菌、皮肤癣菌、口腔致病菌均 有较为显著的 抑 菌 效 果。王 科 兵 等［10］ 通 过 实 验 发 现，壳 聚 糖碘液对常见致病性皮肤癣菌有很强的杀菌作用，3 h 就可 以杀死全部真菌，证实了壳聚糖的抗菌抑菌特性。另外，相 关的实验研究表明［11，12］，在分子量相同时，甲壳素的脱乙酞 度越高，它的抑菌作用越强。但是我们对壳聚糖的抗菌机理 还不非常了解，当前主要集中在以下三种机理： 第一种机理 是壳聚糖可以与微生物正常生长所必需的微量元素结合，从 而抑制微生物生长［13］； 第二种机理是酸性环境下，壳聚糖以 聚阳离子方式 存 在，通 过 与 带 负 电 荷 微 生 物 细 胞 膜 静 电 作 用，使细胞发生凹下、变形和泄露［14］； 第三种机理是壳聚糖 可直接透过微生物细胞膜进入细胞内部，与 DNA 生成稳定 的复合物，从而抑制微生物繁殖［15］。 2. 2 抗癌活性 壳聚糖可以直接抑制肿瘤细胞生长，也可 以通过增强免疫系统来促进机体的抗肿瘤作用。吴季霖［16］ 通过建立黑色素瘤小鼠模型，并把将壳聚糖应用于此模型， 结果显示壳聚糖并不直接杀伤肿瘤细胞，而是明显地抑制朝 向肿瘤生长的 血 管 的 生 成，使 肿 瘤 不 能 向 周 围 组 织 浸 润 转 移。Saiki 等［17］通过研究发现，壳聚糖能通过诱导局部巨噬 细胞，增强他的吞噬功能和水解活性，通过增强免疫系统来 促进机体的抗肿瘤作用。 2. 3 降低血糖血脂 壳聚糖具有降低血糖血脂的功效。魏 涛等［18］实验研究发现壳聚糖所含的碱性氨基能与体内有机 酸结合，提高内环境 pH 值，并且增强胰岛素活性，增强糖异 生代谢，进而达到促进糖原的合成，以达到降低血糖的作用。 艾永循等［19］制作高血糖小鼠模型（ Al － loxan 法） ，发现壳聚 糖对高血糖小鼠有显著的降血糖作用。证实了壳聚糖具有 很好的降血糖作用。De Campos Grifoni 等［20］研究发现，血液 中的脂肪滴带负电荷，当带正电荷的壳聚糖与其结合时，在 脂滴周围产生天然屏障，阻断脂肪分子分解，从而使脂肪在 小肠内不被吸收而以脂肪微粒排出体外，降低了血脂含量， 证实了壳聚糖具有很好的降血脂功能。 2. 4 其他特性性 壳聚糖对血液成分如血清蛋白吸附能力 很大，具有抗炎、镇痛作用。能提高肝脏抗氧能力，并且有良 好的抗辐射作用。壳聚糖中的低聚糖能促进肠道益生菌增 殖，改善肠道微环境。同时壳聚糖能值比蔗糖低，并伴有爽 口的甜味，不增加胰腺的负担，因此广泛用于牙膏、牙粉、口 香糖、牛奶巧克力等生产。另外，可溶性壳聚糖额外添加于 食品中，还可帮助人体吸收所需矿物质元素如钙、铁、锌等。 3 新型的壳聚糖复合细胞支架
基金项目： 国家自然科 学基 金 项目 （ No． 81273776 ） ； 山 东省自主创新重大计划项目 （ No． 2012ZHZX1C0405 ） ； 山 东 省 科 技 发 展 专 项 （ No． 2012G0021846） ； 济南青年科技明星计划［No． 济科合字（ 2012） 第 01 － 42 号］ 作者简介： 孙铁锋，男，硕士研究生，研究方向： 中药药理，E － mail： suntiefenglove@ 163. com 通讯作者： 王平，女，副研究员，研究方向： 中药药理，E － mail： wangpingjinan@ 163. com
Key words： Chitosan； Scaffold； Ｒesearch progress
壳聚糖的化学名为 β － （ 1，4） － 2 － 氨基 － 2 － 脱氧 － D － 葡聚糖［1］，是甲壳质经脱乙酰基而得到的一种天然阳离 子多糖，具有生物相容性好、无毒副作用、来源丰富等突出特 点［2］，广泛应用于食品工业、医药、医用高分子材料等领域， 并且已在基础生物医学与临床领域得到了应用。进一步改 进壳聚糖，提高壳聚糖的化学和生物特性，丰富其作为细胞 支架的使用范围，提升生物利用价值，已作为重点研究内容。 本文主要从壳聚糖的生物特性、药理作用、新型复合细胞支 架及应用和前景这几个方面进行综述。 1 壳聚糖生物特性 1. 1 生物可降解性 在水溶液和有机溶液中，壳聚糖的降 解是非常缓慢的，但在生物体中，壳聚糖不仅可以通过溶菌 酶、水解酶分解，还可以被多种酶制剂分解，具有高度的选择 性。Onishi 等［3］用异硫氰酸荧光素标记壳聚糖，运用腹膜注 射法发现 FTC － Chi 在注射后很快到达肾脏和尿液中，具有 很高的选择性。 1. 2 生物相容性 壳聚糖的生物相容性即壳聚糖与生物体
组织如骨骼、内部器官等之间的相互适应性。同时壳聚糖具 有高等动物组织中胶原质生物相容性，在细胞水准上与生物 体可以很好的切合，有利于壳聚糖支架的植入，产生抗原的 可能性很小。黄攀等［4］将壳聚糖优化制作成 N － 羧甲基壳 聚糖，相同质量 N － 羧甲基壳聚糖比膜剂更易被组织降解吸 收； 其良好的生物相容性可以运用制作生物医用材料，很好 的存在生物体内。 1. 3 凝血、止血作用 壳聚糖的脱乙酰度、物理形式密切影 响它的止血能力。Suzuki 等［5，6］研究表明，壳聚糖的脱乙酰 度和补体系统的激活密切相关，脱乙酰度越高，补体的激活 效应就越强。通 过 对 红 细 胞 的 聚 集，可 以 有 效 地 刺 激 血 小 板，活化补体系统，使凝血系统激活，从而达到有效止血快速 凝固目标。Wu 等［7］ 通过实验发现壳聚糖对血小板有黏附 作用，证实了壳聚糖具有很好的凝血、止血作用。卢斌等［8］ 研究由壳聚糖构成的发现壳聚糖 /海藻酸钠—云南白药复合 膜，止血作用显著强于其他各组。 2 壳聚糖药理作用
Ｒesearch status of construct cell scaffold of Chitosan SUN Tie-feng1，2 ，WANG Ping2 ，GAO Zhi-hui1，2
（ 1． Shandong University of Traditional Chinese Medicine，Jinan 250014，China； 2． Shandong Academy of Chinese Medicine，Jinan 250014，China）
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壳聚糖构建细胞支架的研究现状
孙铁锋1，2 ，王 平2 ，高志惠1，2
（ 1． 山东中医药大学，山东 济南 250014； 2． 山东省中医药研究院，山东 济南 250014）