【摘要】海藻酸鈉是一種天然大分子多糖，具有同二價陽離子交聯形成水凝膠的特性，由于其良好的生物相容性、可降解性、無毒性、免疫惰性、具有適宜的孔徑及網絡結構適合營養物質的交換、細胞間的相互聯系、并且具有一定的機械性，可用來研究體外軟骨細胞的生物學特性、干細胞的誘導，為軟骨細胞和各種生物因子、藥物、力學干預之間的相互作用提供載體。但是由于其降解速率過快，以及機械性能較弱的緣由，實際當中為了適合科研的需要，進行了諸多的修飾和改性。

【關鍵詞】海藻鹽；水凝膠

Salt alginate gel on the new progress in the study of chondrocytes and cartilage tissue engineering

Zhang Shuai

Shanghai university of traditional Chinese medicine and rehabilitation medicine Shanghai 200000，China

Abstract： Alginate is a natural macromolecular polysaccharide with hydrogel forming characteristics with two valence cationic crosslinking， due to its good biocompatibility， biodegradable， non-toxic， inert， with pore size and immune network structure suitable for exchange of nutrients， intercellular interaction， and has certain mechanical properties， and can be used to study biological characteristics of chondrocytes in vitro induction of stem cells， providing support for the interaction between chondrocytes and various biological factors， drugs， mechanical intervention. However， due to its degradation rate is too fast， and mechanical properties of the reasons for the weak， in order to meet the needs of scientific research， a lot of modification and modification.

Key word ：Seaweed salt； hydrogel

本文檢索了近年來國內外關于藻酸鹽及軟骨組織工程（“Cartilage tissue engineering”“Alginate”“Chondrocytes”）的文章，選取關于海藻酸鹽的改性修飾的文章，經篩選符合要求的文獻，對相關的內容做進一步的查閱之后，綜述如下：

1.藻酸鹽的特性：

海藻酸鹽藻酸鹽是從海帶、馬尾藻等褐海藻中分離得到的一種天然多聚糖，由1，4-B-D甘露糖醛酸和A-L-古洛糖醛酸連接而成的線性多聚糖，相對分子量在5000～15000之間。海藻酸鹽的親水性及帶負電荷能很好的模擬軟骨細胞外基質，電子顯微鏡觀察為三維網狀結構，海藻酸鈣形成的凝膠小球的表面以及內部孔隙適中，可以讓細胞進行營養交換，及細胞間的相互聯系。其降解速率較快，機械性能較弱。

2.改性修飾的方法：

2.1光交聯方法：

當海藻酸鹽同其他化合物經光照射后發生光解作用，化學鍵的一部分斷開，生成的游離基等活化分子互相鍵合而形成網狀結構的反應，是合成高分子材料的重要手段之一。具有操作便捷、節約、無污染等特點。Balakrishnan， B等制備高碘酸氧化海藻酸鈉與明膠自交聯的水凝膠，經復合小鼠軟骨細胞培養，發現是一種很有前途的可注射的軟骨修復基質[1]。 Chu， J等將三聚乳酸（PLLA）同海藻酸鈣制備成復合水凝膠，發現交聯的復合支架具有孔隙分布均勻、機械強度高并且生物相容性好的特點[2]。Coates， E.E等通過光引發劑的作用下使得甲基丙烯酸酯基團同海藻酸鈉在紫外光照射下形成聚合物，發現該聚合物可做為一種可注射行的軟骨修復治療介質[3]。Fan， C.J. and D.A. Wang通過將包有軟骨細胞的海藻酸鈉微球經光交聯復合于硫酸軟骨素（CS）中培養后，這樣充分發揮了海藻酸鈉微球的載負轉運功能[4]。

Jeon， O等通過共價修飾光交聯含有Arg-Gly-Asp氨基酸序列的海藻酸鈉水凝膠，具有良好的生物降解好、細胞粘附性和機械性能[5]。Rouillard， A.D等采用光引發劑（va-086）與海藻酸鈉通過光交聯丙烯酸甲酯形成復合水凝膠支架，并復合牛軟骨細胞培養，發現復合水凝膠對軟骨細胞沒有毒性作用，并有一定的機械力學性能[6]。Karunanithi， P等通過利用褐藻多糖硫酸酯（0.5%）加入到1.5%海藻酸鈉中復合水凝膠，能夠提高人類間充質干細胞（MSCs）的成軟骨能力[7]。Wang， Y等通過光交聯甲基丙烯酸與混合鋇離子和鈣離子形成甲基丙烯酸/海藻酸鈉復合水凝膠微球，發現經修飾的復合水凝膠可增加特異性軟骨基質的分泌，維持軟骨細胞的表型[8]。Leong， W.， T.T. Lau and D. Wang通過將復合軟骨細胞的明膠微球（主要直徑為50-100μm）種植于藻酸鈉水凝膠中，發揮了明膠的載體功能和良好的致孔劑的功能，從而對軟骨細胞的體外培養發揮更高的效率[9]。

2.2 化學交聯方法：

化學交聯指在光、熱、高能輻射、機械力、超聲波和交聯劑等作用下，大分子鏈間通過化學鍵聯結起來，形成網狀或體形結構高分子的過程。通過化學交聯可改善聚合物的性能。

Knoll， G.A等模擬重復排列的丙氨酸、甘氨酸、絲氨酸的類似蜘蛛絲蛋白多肽序列交聯海藻酸鈉形成新型水凝膠，從而形成一種新的納米級家族的軟骨工程支架[10]。Park， H.， E.K. Woo and K.Y. Lee等在沒有額外的化學交聯劑的條件下通過調整透明質酸與海藻酸鈉以及鈣離子的濃度制成透明質酸/海藻酸鈉水凝膠（HGA），經實驗證實HGA可用于軟骨組織工程領域。

Oprenyeszk， F等將殼聚糖（0.6%）海藻酸鈉（1.2%）復合軟骨細胞通過注射器緩慢注入到氯化鈣溶液中形成凝膠微球發現殼聚糖-海藻酸鈉凝膠微球可作為一種更好的軟骨細胞移植修復軟骨缺損的支架。Wan， W等將氨基-2乙氧基丙烷（amino-diethoxypropane）修飾到海藻酸鈉上形成半縮醛基再加入到殼聚糖中形成復合水凝膠。發現復合水凝膠復合BMSCs用于軟骨缺損可促進軟骨再生。Yang， X等通過交聯膠原與海藻酸鈉形成復合水凝膠，交聯后的水凝膠的壓縮模量和降解性能進行了改善，可以保持軟骨細胞的細胞表型。在軟骨組織工程中有巨大的應用潛力。Yan， S等將改良的聚（L-谷氨酸）/海藻酸鈉（PLGA/ALG）水凝膠進行力學性能、微管孔徑測試、體外降解測試及復合軟骨細胞體外培養，發現改良后的復合水凝膠PLGA/ALG可用于軟骨組織工程的研究。

2.33D打印技術：

3D打印技術是近年來隨著科技的進步不斷應用起來的技術，通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造，現在逐步擴展到材料制備的各個行業當中。Bartnikowski， M等通過3D打印技術制備海藻酸鈣和羥基磷灰石支架并通過光交聯明膠丙烯酰胺鑄（GelMA）透明質酸甲酯（HAMA）制成水凝膠，發現制成的復合水凝膠無毒性并有良好的細胞相容性。Cohen， D.L等使用3D打印技術制造均質性更好的海藻酸鈉水凝膠，經測試發現這種水凝膠的機械性能有了很大的提高。Kundu， J等利用添加劑制造（AM）與多頭沉積系統（MHDS）的細胞3D打印機，打印由聚己內酯（PCL）和種植軟骨細胞的海藻酸鈣水凝膠形成層疊加型（layer-by-layer （LBL））三維支架。Markstedt， K等應用3D打印技術將有優異的剪切性能的納米原纖維素（NFC）同有快速交聯的海藻酸鈉制成復合三維膠體支架。 Reed， S等通過3D打印技術打印出高度多孔、親水性強的殼聚糖/海藻酸鈉水凝膠（Ch-Al），通過精確可控的致孔技術制成不同孔徑的水凝膠，從而在軟骨及骨的組織工程學中提供更好的支架材料。

3.結論：藻酸鹽水凝膠與其他聚合物相比， 價格低、來源豐富、易塑形、具有更好的親水性， 易于細胞吸附， 營養物質易于滲透等特點，經過改性修飾之后，其力學性能及生物相容性能都發生了變化，科研當中可以根據研究的需要選擇合適的海藻酸鈉水凝膠。

參考文獻：

[1]Balakrishnan， B.， et al.， Self-crosslinked oxidized alginate/gelatin hydrogel as injectable， adhesive biomimetic scaffolds for cartilage regeneration. Acta Biomater， 2014. 10（8）： p. 3650-63.

作者簡介：張帥，男，1986年9月，，山東日照人，畢業于上海中醫藥大學，本科中西醫結合專業，碩士針灸推拿，目前在職攻讀中西醫結合康復專業博士學位，職稱：主治醫師。方向：KOA的防治與機理研究。