壳聚糖类水凝胶在组织工程领域的研究进展
水凝胶在组织工程中的应用研究
水凝胶在组织工程中的应用研究水凝胶是一种高分子化合物，具有高度保水性和可塑性，被广泛应用于组织工程领域。
在过去的几十年里，水凝胶在再生医学、药物传递和生物材料方面发挥了重要作用。
本文将探讨水凝胶在组织工程中的应用研究，重点关注其在植入材料、生物打印和药物传递方面的应用，探讨其前景和挑战。
水凝胶作为一种天然或合成的高分子材料，具有出色的生物相容性和可加工性，已被广泛应用于体内组织修复和再生。
最常见的水凝胶材料包括明胶、聚乙二醇、壳聚糖等。
这些材料可通过调整其交联度和孔隙结构来满足不同组织的需求，例如软组织和硬组织修复。
在植入材料方面，水凝胶可以被设计成支架或载体，用于支持细胞的附着和增殖，促进损伤组织的修复和再生。
通过调整水凝胶的物理和化学性质，可以控制其降解速率和释放荷载生长因子的能力，从而实现定向组织工程。
例如，将水凝胶与干细胞或干细胞因子复合后植入体内，可以在缺损组织中诱导新生组织的生长和修复。
另一方面，生物打印作为一种新兴技术，将水凝胶与细胞一起打印成三维结构，为定制化组织工程提供了新的可能性。
通过精密排布水凝胶支架和细胞，可以实现多种复杂组织的构建，如软骨、骨骼和皮肤等。
这种个性化的生物打印技术为个体化医疗和器官修复开辟了崭新的道路。
此外，水凝胶在药物传递方面也展现出巨大潜力。
利用其优良的载荷和释放特性，可以将药物固定在水凝胶载体中，通过控制释放速率和方式来实现长效治疗。
例如，将抗生素或生长因子装载在水凝胶微球内，可以实现对慢性创伤或肿瘤的持续治疗，提高疗效和减少药物的毒副作用。
虽然水凝胶在组织工程中的应用前景广阔，但也面临一些挑战。
首先，水凝胶的生物相容性和稳定性需要进一步优化，以确保在体内环境中的长期稳定性。
其次，水凝胶的力学性能和生物活性需要精细调控，以适应不同组织的需求。
最后，水凝胶的生产成本和标准化生产技术也需要进一步研究和完善，以实现规模化生产和商业化应用。
综上所述，水凝胶作为一种多功能生物材料，在组织工程中具有广泛的应用前景。
温敏性壳聚糖水凝胶研究进展
温敏性壳聚糖水凝胶研究进展
井波;王志强
【期刊名称】《国际骨科学杂志》
【年(卷),期】2006(27)2
【摘要】壳聚糖是一种聚阳离子的生物二聚体,具有良好的组织相容性、生物可降解性和粘附性,在医学、生物学领域得到了深入的研究和广泛的应用.温敏性壳聚糖甘油磷酸钠是一种pH值中性的、在室温或低于室温时可长期保持液态、温度达体温时可凝胶化的材料,有望成为药物,尤其是生物大分子制剂的载体和细胞支架材料.该文介绍了温敏性壳聚糖水凝胶的制备、特性、机制和应用等方面的研究进展.【总页数】2页(P115-116)
【作者】井波;王志强
【作者单位】063000,河北,唐山,华北煤炭医学院附属骨科医院;063000,河北,唐山,华北煤炭医学院附属骨科医院
【正文语种】中文
【中图分类】R68
【相关文献】
1.温敏性乙二醇壳聚糖水凝胶的制备及药物缓释性能 [J], 李征征;徐子扬;高留意;曾威;赵琳琳
2.两种消毒方式对壳聚糖水凝胶温敏性能及模型蛋白体外缓释性能的影响 [J], 林思思;张新春;王安训;张灿;王焱
3.负载碱性成纤维细胞生长因子温敏性壳聚糖-胶原复合水凝胶可减缓小鼠心肌梗
死后心室的重构 [J], 陈思宇;李燕楠;颉丽英;刘司麒;范玉蓉;房昌星;张鑫;权家宇;左琳
4.负载碱性成纤维细胞生长因子温敏性壳聚糖-胶原复合水凝胶可减缓小鼠心肌梗死后心室的重构 [J], 陈思宇;李燕楠;颉丽英;刘司麒;范玉蓉;房昌星;张鑫;权家宇;左琳
5.壳聚糖/氧化石墨烯/透明质酸钠复合温敏性水凝胶的制备及理化性质 [J], 王雅倩;洪莹莹;宋健;詹玉林
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壳聚糖在医药领域中的应用研究进展
壳聚糖在医药领域中的应用研究进展壳聚糖是一种天然的多胺，由葡萄糖和2-乙氨基-2-脱氧-D-葡萄糖组成。
它具有生物相容性、低毒性和可降解性等优点，因此在医药领域中有着广泛的应用前景。
近年来，壳聚糖在药物传递、组织工程、创伤愈合和抗菌等方面的研究取得了显著进展。
壳聚糖在药物传递方面的应用是其中最为重要的研究领域之一。
壳聚糖具有出色的药物负载能力和控释性能，可以将药物固定在其分子结构中，延长药物在体内的停留时间。
此外，壳聚糖还能通过改变pH值、离子强度等环境因素来控制药物的释放速率，提高药物的疗效以及减少副作用。
研究表明，壳聚糖纳米颗粒、壳聚糖微球和壳聚糖水凝胶等药物传递系统在靶向传递、靶向释放以及促进药物吸收等方面表现出优异的性能。
另外，壳聚糖在组织工程领域的应用也受到了广泛关注。
组织工程是一门利用生物材料和细胞来构建人体组织和器官的学科。
壳聚糖作为一种生物可降解的材料，具有良好的生物相容性和组织黏附性，可以作为三维支架来促进组织再生和修复。
研究人员利用壳聚糖的特性，制备了壳聚糖纤维膜、壳聚糖基质和壳聚糖海绵等支架，成功地应用于骨组织工程、软骨修复、神经再生和血管再生等方面。
壳聚糖在组织工程中的广泛应用为人体组织和器官的再生提供了新的思路和方法。
此外，壳聚糖在创伤愈合方面的研究也有着显著的进展。
伤口愈合是人体修复受损组织的一个重要过程，壳聚糖能够通过抑制炎症反应、促进细胞增殖和分化以及加速胶原合成等方式来促进伤口愈合。
研究表明，壳聚糖纳米颗粒和壳聚糖复合材料的应用可以显著地促进创伤愈合的速度和质量。
此外，壳聚糖在创面覆盖和修复方面也有着广泛应用，如壳聚糖纳米纤维膜和壳聚糖纳米凝胶等。
这些研究结果为创伤愈合的治疗和修复提供了新的途径。
最后，壳聚糖还具有优良的抗菌性能，被广泛应用于抗菌药物的合成和抗菌材料的制备。
壳聚糖具有阳离子性，在与阴离子性的细菌细胞膜相互作用时，可以改变细胞膜的渗透性，促使细菌死亡。
水凝胶的研究进展
水凝胶（Hydrogel）是一类具有亲水基团， 能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结 构的聚合物。是以水为分散介质的凝胶。 具有网状交联结构的水溶性高分子中引入 一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与 水分子结合，将水分子连接在网状内部， 而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一 种高分子网络体系，性质柔软，能保持一 定的形状，能吸收大量的水
身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的 重要特性，凝胶的溶胀分为两个阶段：第 一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相 互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有 放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的 增加比吸收的液体体积小）
（二）环境敏感性
环境敏感水凝胶
---------又称智能水凝胶，根据环境变化的 类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几 种类型：温敏水凝胶，PH敏水凝胶，盐敏 水凝胶，光敏水凝胶，电场感应水凝胶， 形状记忆水凝胶，非离子型水凝胶溶胀性 只取决于聚合物的化学成分，而与外界环 境无关。
水凝胶在药用高分子材料进展
⑺阿达帕林凝胶:可抑制人类多形核白细胞的化学 趋化反应，并可通过抑制花生四烯酸经脂氧化反 应转化为炎症媒介物来抑制多形白细胞的代谢， 从而缓解由细胞反应介导的炎性反应。适用于寻 常痤疮的皮肤治疗。
⑻冰带是国内首创新产品，采用国际蓄能高分子 材料蓝冰研制而成的高科技绿色环保产品。蓝冰 在常温状态下呈蓝色柔软透明状胶体，热容量是 水的2-3倍，具有蓄冷降温及蓄热保暖的双重功效， 使用方便，安全。
2.化学水凝胶，通过化学键交联形成 的三维网络聚合物，是永久性的。
根据合成材料分类：
1.天然高分子水凝胶
2.合成高分子水凝胶
3.天然和合成高分子杂化水凝胶
水凝胶的性质
壳聚糖温敏水凝胶的质-构关系及研究进展
壳聚糖温敏水凝胶的质-构关系及研究进展孔明;程晓杰;陈西广【摘要】壳聚糖温敏水凝胶是一种非化学交联智能水凝胶，其成胶性能取决于凝胶组分，形成特定的质-构关系。
温和的制备条件和良好的生物活性，使壳聚糖水凝胶在组织工程、药物缓释，特别是细胞培养、液态栓塞剂等领域的研究应用取得了新进展。
综述了壳聚糖温敏水凝胶的分类、成胶性能、相变机制及其在生物医药领域研究和应用的新进展。
%Chitosan based thermosensitive hydrogel was a type of intelligent gel that was nonchemical-crosslinked,whose structures are closely correlated with specific ingredients.Its mildpreparation,desirable bioactivity and biocompatibility make it broadly applied in tissue engineering and drug controlled release.Nota-bly,its applications as fluid embolizing agent and cell culture matrix for ready harvest have attracted numerous attentions recently.This review intends to summarize its categorization,gelling behavior,mode of gelation and novel applications.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】6页(P8007-8012)【关键词】壳聚糖水凝胶;质构关系;温敏可逆相变;无酶处理;液体栓塞【作者】孔明;程晓杰;陈西广【作者单位】中国海洋大学海洋生命学院，山东青岛 266003;中国海洋大学海洋生命学院，山东青岛 266003;中国海洋大学海洋生命学院，山东青岛 266003【正文语种】中文【中图分类】TB381;Q8191 引言水凝胶是由聚合物网络及其内部的液体介质所组成的分散体系［1］。
壳聚糖及其衍生物温敏水凝胶研究进展及其应用
天然产物研究与开发Na t Prod R es Dev 2010,22:919 927文章编号:1001 6880(2010)05 0919 09d收稿日期:2009 10 09 接受日期:2009 11 24基金项目:科技部国际合作重点项目(2008DF A31640);教育部博士点基金项目(20070423013)*通讯作者Te:l 86 532 82032215;Em ai:l xgchen @ou c .edu .c n壳聚糖及其衍生物温敏水凝胶研究进展及其应用康传真,程晓杰,陈西广*中国海洋大学海洋生命学院.青岛266003摘 要:壳聚糖基温度敏感性水凝胶具有原位成胶的特点,广泛应用于组织工程修复和药物释放载体的研究中。
近年来围绕壳聚糖及其衍生物温敏水凝胶的研究逐年增多,本文综述了近年来壳聚糖基温敏水凝胶的研究进展及其应用。
关键词:壳聚糖;甘油磷酸盐;温敏水凝胶;药物释放载体;组织工程中图分类号:R 944.1+5文献标识码:AThe Progress and Application of Therm osensitive HydrogelBased on Chitosan and Its DerivativesKANG Chuan zhen ,C H E NG X iao jie ,C HEN X i guang*College of M arine L i f e S cience .O cean Uni versity of China .Q i ngdao 266003,ChinaAbstract :Chitosan based t her m osensiti ve hydroge l cou l d undergo a liqu i d so lid phase transfo r ma ti on when i n j ec ted fro m room te m pe ra t ure environment to hu m an body .Ce lls ,pro te i ns and other drug s cou l d be i ncorporated i nto the hydrogel and the ir i n situ fi x ati on o r release cou l d be rea lized .So t h is hydroge l cou l d be app lied to cell transplantati on for ti ssue repa ir and drug deli very .In th i s paper ,t he deve l op m ent o f ch itosan based t her m osensiti ve hydrog el i s i n troduced ,and its appli ca ti on in tissue eng i nee ri ng and drug de livery are rev ie w ed i n deta i.lK ey word s :ch i tosan ;g lycerophosphate ;ther m osensiti ve hydroge ;l drug de li very ;ti ssue eng ineer i ng温度敏感水凝胶能够感受外界环境温度的变化而发生溶胶 凝胶转变或者可逆体积转变,广泛应用于组织工程、药物释放系统等的研究。
壳聚糖／聚丙烯酸类似物在水凝胶材料中的应用价值
壳聚糖／聚丙烯酸类似物在水凝胶材料中的应用价值壳聚糖/聚丙烯酸类似物在水凝胶材料中的应用价值水凝胶材料是一种具有高含水性质的材料，能够在水中形成一种类似凝胶的结构。
此类材料具有优异的吸水性、保水性和可控释放性，广泛应用于许多领域，如生物医学、药物传输、生物传感和组织工程等。
壳聚糖和聚丙烯酸类似物是水凝胶材料常用的成分之一，具有一系列的优异性能和广泛的应用前景。
首先，壳聚糖是一种天然多糖，来源于甲壳类动物的外壳和真菌等生物体。
壳聚糖在水凝胶材料中的应用主要得益于它的生物相容性和生物可降解性。
壳聚糖与细胞表面具有良好的相容性，能够在细胞培养和组织工程等领域中作为细胞支架材料使用。
同时，壳聚糖具有生物可降解性，能够在体内逐渐降解并排出体外，不会对环境造成污染，因此被广泛应用于药物传递系统和可降解支架的制备。
此外，壳聚糖还具有良好的亲水性，能够增强水凝胶材料的保水性和稳定性。
聚丙烯酸类似物是一类具有酸性的聚合物，具有优异的吸水性和保水性。
聚丙烯酸及其类似物在水凝胶材料中的应用主要体现在它们可以形成稳定且弹性良好的凝胶结构，能够承载和释放多种功能性物质。
聚丙烯酸类似物是由丙烯酸单体通过聚合反应制备得到的，可以调节聚合度和交联度来调控凝胶的物理特性。
此外，聚丙烯酸类似物也具有良好的生物相容性，能够在生物医学领域中作为载体材料使用。
壳聚糖/聚丙烯酸类似物的复合应用在水凝胶材料中能够相互补充其性能，扩展其在各个领域的应用。
例如，壳聚糖和聚丙烯酸类似物可以通过交联反应在水凝胶中形成复合凝胶，具有更高的吸水性和稳定性，适用于制备超级吸水性材料和组织工程支架。
此外，壳聚糖和聚丙烯酸类似物也可以与其他功能性物质进行复合，用于药物传递、生物传感和组织工程等领域。
例如，将药物包裹在复合凝胶中，可以实现控制释放和靶向传递；将生物传感分子与复合凝胶结合，可以实现生物传感和检测。
总之，壳聚糖和聚丙烯酸类似物在水凝胶材料中的应用具有重要的价值和潜力。
基于壳聚糖的纳米材料在骨组织工程与再生医学中的研究进展
基于壳聚糖的纳米材料在骨组织工程与再生医学中的研究进展李晓静;王新木;董研;苟中入【摘要】壳聚糖是目前发现的唯一与细胞外基质糖胺聚糖的化学结构相似的天然阳离子多聚糖,具有极为优良的生物相容性、生物可降解性和生物学活性.近年来,基于壳聚糖的纳米材料在组织工程中的研究较为广泛.对壳聚糖的纳米材料、壳聚糖复合纳米材料、壳聚糖纳米纤维和壳聚糖纳米粒子等在骨组织工程与再生医学中的研究进展进行回顾和阐述.近年来的研究显示,壳聚糖复合纳米材料生物支架、壳聚糖纳米纤维支架及包载具有骨诱导性的生物活性因子,以及外源基因的壳聚糖纳米粒子及纳米纤维,在骨组织工程与再生医学中具有良好的应用前景.【期刊名称】《中国生物医学工程学报》【年(卷),期】2013(032)005【总页数】6页(P620-625)【关键词】壳聚糖;纳米材料;骨组织工程【作者】李晓静;王新木;董研;苟中入【作者单位】浙江大学医学院附属第二医院口腔修复科,杭州310009;杭州市第一人民医院口腔科,杭州310006;浙江大学医学院附属第二医院口腔修复科,杭州310009;浙江大学浙江加州国际纳米技术研究院,杭州310029【正文语种】中文【中图分类】R318引言骨组织工程与再生医学，是指体外构建人工骨组织或者利用生物装置、植入生物材料来刺激骨原细胞或干细胞分化，维持和促进成骨细胞增殖，以重建缺损的骨组织。
骨组织工程与再生医学依赖于多个因素，主要包括细胞、生长因子、生物支架和稳定的机械环境［1］。
自体骨和同种异体骨移植可满足以上要求，但两者均存在不足之处:自体骨骨量极为有限，并且增加了手术部位和伤口愈合期并发症［2］;同种异体骨移植可能引发慢性炎症，甚至产生免疫排斥反应。
因此，骨移植修复术的不足促进了人工骨修复生物材料的发展。
譬如，已对羟基磷灰石 (HA)、A-W玻璃陶瓷、壳聚糖、胶原以及复合材料等已在骨损伤修复中的应用开展了广泛研究［3－4］。
甲壳素，又名甲壳质、几丁质，化学名称为聚N-乙酰葡萄糖胺，主要存在于甲壳类动物虾、蟹、昆虫的外壳及高等植物的细胞壁中，是世界上第二丰富的天然生物聚合物［5－6］。
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[21]潘慧君,周荣耀,杜敏,等.硫酸吗啡与盐酸吗啡普通片对照治疗中、重度癌痛84例[J].中国新药杂志,2004,13(1):68 69.[22]张秋琴,徐怡.盐酸吗啡缓释片与硫酸吗啡缓释片对癌痛患者的止痛效果观察[J ].中国医院药学杂志,2008,28(10):829 830.[23]赵卫红,王笑云,沈霞,等.连续性动静脉血液透析滤过碱基的改进 碳酸氢盐透析液法[J].江苏医药,1999,25(4):274.[24]傅强,王雅杰,秦叔逵,等.国产英卡膦酸二钠治疗恶性肿瘤骨转移疼痛或/和高钙血症的 期临床研究[J].药学服务与研究,2007,7(3):180 183.[25]戴威,吴伟波.氨茶碱针与二羟丙茶碱针治疗支气管哮喘疗效比较[J ].海峡药学,2008,20(3):94 95.[26]李爱华.二羟丙茶碱与氨茶碱治疗婴儿毛细支气管炎的疗效比较[J ].山西医药杂志,2008,37(11):988 989.[27]张家祥,林惠泉,陈锦珊,等.多索茶碱静脉应用治疗儿童哮喘急性发作的临床研究[J].中华儿科杂志,2004,42(2):143 144.[28]史瑞峰,廉志宏,王晓平,等.多索茶碱治疗慢性阻塞性肺疾病疗效观察[J].现代中西医结合杂志,2008,17(35):5448 5449.[29]刘家全.琥珀酸亚铁治疗缺铁性贫血的临床应用.西部医学,2005,17(1):24.[30]董明,钟宁,陈丽,等.应用动态血糖监测系统评价双相门冬氨酸胰岛素30对老年2型糖尿病患者的疗效[J ].中国老年学杂志,2008,28(11):1101 1103.[收稿日期]2009 11 10[作者简介]符旭东,女,博士,副主任药师,电话:027 ********,E m ail:fuxu don g 2005@壳聚糖类水凝胶在组织工程领域的研究进展符旭东,郭家平(广州军区武汉总医院,湖北武汉430070)[摘要] 目的:介绍壳聚糖类水凝胶在组织工程领域的研究进展。
方法:检索近年来国内外有关文献,并分析归纳。
结果:由于壳聚糖独特的化学结构和生物活性以及水凝胶特有的三维网状结构,壳聚糖类水凝胶在组织工程领域有着越来越深入的研究。
目前研究的主要方向是提高水凝胶的机械强度、加快凝胶对环境的响应速度、增强水凝胶对细胞的黏附能力以及寻找一种更安全的方式实现上述目标等。
结论:壳聚糖类水凝胶具有广阔的开发和应用前景。
[关键词] 壳聚糖;水凝胶;组织工程[中图分类号]R 943 [文献标识码]A [文章编号]1001 5213(2010)15 1308 03组织工程是指应用生命科学与工程的原理和方法,构建一个生物装置来维护和增进人体细胞和组织的生长,以恢复受损组织或器官的功能。
种子细胞、支架材料以及细胞生长调节因子是构成组织工程的三大要素。
支架材料在组织工程中具有重要地位,它不仅为细胞的生长提供支撑,而且还能起到模板作用,引导组织的再生和控制组织结构。
壳聚糖(chitosan,CS)是迄今发现的具有明显碱性、带有正电荷的天然多糖,由于具有良好的生物相容性和可降解性,在组织工程领域受到广泛关注。
通过对CS 进行改性或复合而得到的CS 类水凝胶,在软骨、神经等组织构建方面有了越来越深入的研究,现对此进行综述。
1 CS 类水凝胶作为组织工程支架的主要优势组织工程支架按照其塑性特点可以分为预塑性硬支架和可注射的水凝胶支架。
水凝胶作为组织工程的支架具有以下优势:(1)水凝胶的三维网状结构中充满了大量的水分,有助于保护细胞,并有利于营养物和分泌产物的运输;(2)水凝胶支架与软组织器官有着相似的机械性能,并且具有低的界面张力有利于细胞通过器官和植入体界面;(3)与预塑性硬支架相比,水凝胶可以通过注射方式植入体内,因此很容易充满缺损部位,手术创伤小。
(4)用于组织工程构建的水凝胶大多数是智能型凝胶,在体内由于温度改变或在光电作用下可以原位胶凝,由于发生胶凝的条件温和,水凝胶也是递送细胞生长因子非常适宜的载体。
但是由于水凝胶材料的力学强度差,一般只能用于软组织、神经组织以及皮肤等组织的修复。
CS 是一种源于甲壳类动物的天然多糖,在体内溶菌酶的作用下一部分可最终代谢为二氧化碳排除体外,另一部分则以糖蛋白的形式为人体吸收利用[1]。
CS 之所以在组织工程领域受到关注是因为它是一种带正电荷的多糖聚合物,可以和带负电的细胞壁发生电荷吸引,有利于细胞的附着;其降解后的产物与细胞外基质的某些成分结构类似,具有良好的生物相容性;CS 可以和细胞生长因子复合以减少药物的失活。
此外CS 还具有杀菌、防黏连、维持体内生态平衡等许多功效协同组织的修复[2]。
对CS 进行复合与改性可以得到水凝胶,由于CS 水凝胶支架的独特优势,其在组织工程领域的应用受到关注。
2 CS 基水凝胶的种类及其在组织工程中的研究根据网络键合作用的不同,CS 类水凝胶大致可以分为物理交联凝胶和通过化学键交联的凝胶。
物理交联的凝胶主要是通过离子静电作用、氢键以及链的缠绕等形成的,化学交联凝胶主要是通过共价键交联形成的。
需要说明的是这两种凝胶并没有非常严格的界定,在化学交联凝胶中也存在次级相互作用如CS 接枝共聚物凝胶,但是由于功能基团是通过共价键与CS 接枝和聚合的,以下将这一类凝胶归为化学交联凝胶进行介绍。
2.1 通过物理交联的CS 类水凝胶2.1.1 CS 与聚电解质复合凝胶(P olyelectr olyte complex ed hy dr og els,PEC) 它是带正电荷的CS 与带负电荷的聚电解质(P E)发生静电吸引而形成的。
与CS 形成水凝胶的聚电解质有(1)具有羧基基团的聚多糖类如藻酸、果胶、糖胺聚糖(硫酸软骨素、透明质酸等)等;(2)蛋白类物质如胶原;(3)含有磷酸根或羧基的合成聚合物如聚乳酸等。
PEC 的性质主要是由CS 与PE 相互作用的程度决定的,而这主要取决于2种聚合物的电荷密度。
pH 是影响PEC形成的关键因素之一,因为聚合物只有离子化带有相反电荷后才能形成凝胶,pH只有在接近两种聚合物的pK a时才能发生。
如果静电吸引力过强,则有可能导致产生沉淀或不能形成完整的凝胶,这时候可以通过加入一些小分子电解质来削弱静电引力。
除了pH和离子强度可以影响凝胶的性能外,工艺参数如温度、混合强度以及与处方组成有关的参数如聚合物的弹性、CS的分子量和脱乙酰度、聚电解质的脱乙酰度、溶剂的性质都会影响到凝胶的性质[3]。
蛋白多糖是构成细胞膜和细胞外基质的重要成分,它参与细胞的特异性黏附和细胞识别,具有支持细胞、组织、影响细胞的形态,调控细胞正常代谢的作用。
糖胺聚糖(G AG)是蛋白多糖的主要成分,G AG与CS通过离子交联形成凝胶后,可免受特异酶的水解。
这一类的复合凝胶由于较好地模拟了细胞外基质,已被用于软骨组织的构建[4]以及皮肤伤口的修复[5]等。
有研究表明软骨细胞在4 硫酸软骨素 CS凝胶表面进行培养时,大多数细胞的形态和功能特性与正常软骨组织内的细胞相似。
CS与透明质酸的水凝胶可以作为角质细胞生长的载体,促进大鼠炎性伤口的愈合[5]。
CS与墨角藻聚糖形成的复合凝胶对成纤维细胞生长因子(F GF 2)具有良好的亲和性,可以保护F GF 2延长其生物半衰期。
载有FG F 2的复合凝胶注射到小鼠背部,1周后可见新生血管和纤维组织形成,4周后凝胶降解消失,该凝胶系统可用于局部缺血的治疗[6]。
2.1.2CS与甘油水磷酸钠凝胶(CS/GP)2000年Chenite 等[7]首次用高脱乙酰度的CS和甘油磷酸钠(G P)混合,得到了pH值近中性且具有温敏性的CS 甘油磷酸钠复合物。
该体系在室温或低于室温下可较长时间保持液态,而温度升高到体温后发生胶凝。
该凝胶体系由于反应条件温和,没有引入化学交联剂等可能产生细胞毒性的物质,是目前研究较多的一类凝胶体系。
离子吸引力是CS/G P复合物生成的主要原因,CS/GP 复合物的生成导致体系具有疏水作用,而疏水作用则是导致复合物体系具有温敏性的主要原因。
CS的分子量、脱乙酰度以及pH值可以影响水溶液胶凝的温度与速度。
无机盐如氯化物及磷酸盐会影响体系的初始胶凝化温度(IG T)以及胶凝时间,随着无机盐浓度的增加IGT增加,当无机盐浓度超过一定范围时,体系不再具有温敏性。
氨基酸、葡萄糖和小分子醇的引入导致体系的IG T升高[8]。
CS水溶性衍生物如羧甲基壳聚糖、氯化壳聚糖与甘油磷酸盐混合也能形成具有温敏性的复合物[9]。
原代的牛软骨细胞在CS/G P凝胶中体外培养3周后可见功能性的基质沉积;注入骨缺损区后可见骨和软骨形成[10]。
兔关节软骨细胞在CS/G P凝胶中可存活并保持分泌软骨基质的功能,形成类软骨组织[11]。
间质干细胞也可以在CS/GP凝胶存活,并能按一定比例分泌出与髓核细胞相似的蛋白多糖和胶原蛋白,载有间质干细胞的CS/G P水凝胶可用于退行性椎间盘突出症的治疗[12]。
2.1.3CS与聚乙烯醇凝胶(CS/PV A)用于组织工程构建的CS/PV A凝胶主要是采用高压灭菌法制备的。
凝胶主要是通过PV A上的羟基和CS上的氨基或羟基通过氢键作用而形成的[13]。
该凝胶已经用于成纤维细胞、牛动脉内皮细胞和平滑肌细胞的培养,研究显示这种凝胶支架的效果要优于胶原蛋白支架,与聚苯乙烯膜相比细胞在CS/PV A凝胶膜上具有更好的黏附性和伸展性[13 14]。
采用CS与PV A和碳酸氢钠共混可制备出温度敏感型物理凝胶[15]。
凝胶温度依赖于CS与PV A的配比。
当CS 质量分数为1%,P V A质量分数为5%时,凝胶温度约为34∀。
PV A浓度越高,凝胶温度越高;PV A的浓度也影响凝胶内部的网络结构,P V A浓度越高,凝胶内部孔径越小,结构越致密。
由于凝胶制备过程中没有使用具有潜在毒性的化学交联剂及有机溶剂,CS/P V A凝胶体系被认为是一种比较有应用前景的组织工程支架。
2.1.4CS衍生物凝胶在CS的氨基或羟基上连接羟丁基可得到羟丁基壳聚糖(H BC)。
HBC不仅水溶性提高而且还具有温敏特性。
胶凝化温度主要取决于羟丁基的取代度。
在HBC相对分子质量相近条件下,取代度越高,胶凝化温度越低。
例如对于分子量处于40~50万的H BC羟丁基取代度为1.33时,胶凝化温度是29∀,而取代度提高到1.75时,胶凝化温度降低到18∀。
研究也发现H BC溶液浓度越高,胶凝化时间越短。
3.8%的H BC溶液37∀条件下60s内可以形成能够用钳状骨针操作的凝胶。
3种不同取代度和相对分子质量的H BC水凝胶的胶凝化温度在13.0~34.6∀,含水量在67%~95%。
通过调节聚合物溶液中不同型号HBC 的比例可以改变胶凝化温度以及含水量。