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【摘要】海藻酸钠是一种天然大分子多糖，具有同二价阳离子交联形成水凝胶的特性，由于其良好的生物相容性、可降解性、无毒性、免疫惰性、具有适宜的孔径及网络结构适合营养物质的交换、细胞间的相互联系、并且具有一定的机械性，可用来研究体外软骨细胞的生物学特性、干细胞的诱导，为软骨细胞和各种生物因子、药物、力学干预之间的相互作用提供载体。但是由于其降解速率过快，以及机械性能较弱的缘由，实际当中为了适合科研的需要，进行了诸多的修饰和改性。
【关键词】海藻盐；水凝胶
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
本文檢索了近年来国内外关于藻酸盐及软骨组织工程（“Cartilage tissue engineering”“Alginate”“Chondrocytes”）的文章，选取关于海藻酸盐的改性修饰的文章，经筛选符合要求的文献，对相关的内容做进一步的查阅之后，综述如下：
1.藻酸盐的特性：
海藻酸盐藻酸盐是从海带、马尾藻等褐海藻中分离得到的一种天然多聚糖，由1，4-B-D甘露糖醛酸和A-L-古洛糖醛酸连接而成的线性多聚糖，相对分子量在5000～15000之间。海藻酸盐的亲水性及带负电荷能很好的模拟软骨细胞外基质，电子显微镜观察为三维网状结构，海藻酸钙形成的凝胶小球的表面以及内部孔隙适中，可以让细胞进行营养交换，及细胞间的相互联系。其降解速率较快，机械性能较弱。
2.改性修饰的方法：
2.1光交联方法：
当海藻酸盐同其他化合物经光照射后发生光解作用，化学键的一部分断开，生成的游离基等活化分子互相键合而形成网状结构的反应，是合成高分子材料的重要手段之一。具有操作便捷、节约、无污染等特点。Balakrishnan， B等制备高碘酸氧化海藻酸钠与明胶自交联的水凝胶，经复合小鼠软骨细胞培养，发现是一种很有前途的可注射的软骨修复基质[1]。 Chu， J等将三聚乳酸（PLLA）同海藻酸钙制备成复合水凝胶，发现交联的复合支架具有孔隙分布均匀、机械强度高并且生物相容性好的特点[2]。Coates， E.E等通过光引发剂的作用下使得甲基丙烯酸酯基团同海藻酸钠在紫外光照射下形成聚合物，发现该聚合物可做为一种可注射行的软骨修复治疗介质[3]。Fan， C.J. and D.A. Wang通过将包有软骨细胞的海藻酸钠微球经光交联复合于硫酸软骨素（CS）中培养后，这样充分发挥了海藻酸钠微球的载负转运功能[4]。
Jeon， O等通过共价修饰光交联含有Arg-Gly-Asp氨基酸序列的海藻酸钠水凝胶，具有良好的生物降解好、细胞粘附性和机械性能[5]。Rouillard， A.D等采用光引发剂（va-086）与海藻酸钠通过光交联丙烯酸甲酯形成复合水凝胶支架，并复合牛软骨细胞培养，发现复合水凝胶对软骨细胞没有毒性作用，并有一定的机械力学性能[6]。Karunanithi， P等通过利用褐藻多糖硫酸酯（0.5%）加入到1.5%海藻酸钠中复合水凝胶，能够提高人类间充质干细胞（MSCs）的成软骨能力[7]。Wang， Y等通过光交联甲基丙烯酸与混合钡离子和钙离子形成甲基丙烯酸/海藻酸钠复合水凝胶微球，发现经修饰的复合水凝胶可增加特异性软骨基质的分泌，维持软骨细胞的表型[8]。Leong， W.， T.T. Lau and D. Wang通过将复合软骨细胞的明胶微球（主要直径为50-100μm）种植于藻酸钠水凝胶中，发挥了明胶的载体功能和良好的致孔剂的功能，从而对软骨细胞的体外培养发挥更高的效率[9]。 2.2 化学交联方法：
化学交联指在光、热、高能辐射、机械力、超声波和交联剂等作用下，大分子链间通过化学键联结起来，形成网状或体形结构高分子的过程。通过化学交联可改善聚合物的性能。
Knoll， G.A等模拟重复排列的丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸的类似蜘蛛丝蛋白多肽序列交联海藻酸钠形成新型水凝胶，从而形成一种新的纳米级家族的软骨工程支架[10]。Park， H.， E.K. Woo and K.Y. Lee等在没有额外的化学交联剂的条件下通过调整透明质酸与海藻酸钠以及钙离子的浓度制成透明质酸/海藻酸钠水凝胶（HGA），经实验证实HGA可用于软骨组织工程领域。
Oprenyeszk， F等将壳聚糖（0.6%）海藻酸钠（1.2%）复合软骨细胞通过注射器缓慢注入到氯化钙溶液中形成凝胶微球发现壳聚糖-海藻酸钠凝胶微球可作为一种更好的软骨细胞移植修复软骨缺损的支架。Wan， W等将氨基-2乙氧基丙烷（amino-diethoxypropane）修饰到海藻酸钠上形成半缩醛基再加入到壳聚糖中形成复合水凝胶。发现复合水凝胶复合BMSCs用于软骨缺损可促进软骨再生。Yang， X等通过交联胶原与海藻酸钠形成复合水凝胶，交联后的水凝胶的压缩模量和降解性能进行了改善，可以保持软骨细胞的细胞表型。在软骨组织工程中有巨大的应用潜力。Yan， S等将改良的聚（L-谷氨酸）/海藻酸钠（PLGA/ALG）水凝胶进行力学性能、微管孔径测试、体外降解测试及复合软骨细胞體外培养，发现改良后的复合水凝胶PLGA/ALG可用于软骨组织工程的研究。
2.3 3D打印技术：
3D打印技术是近年来随着科技的进步不断应用起来的技术，通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，现在逐步扩展到材料制备的各个行业当中。Bartnikowski， M等通过3D打印技术制备海藻酸钙和羟基磷灰石支架并通过光交联明胶丙烯酰胺铸（GelMA）透明质酸甲酯（HAMA）制成水凝胶，发现制成的复合水凝胶无毒性并有良好的细胞相容性。Cohen， D.L等使用3D打印技术制造均质性更好的海藻酸钠水凝胶，经测试发现这种水凝胶的机械性能有了很大的提高。Kundu， J等利用添加剂制造（AM）与多头沉积系统（MHDS）的细胞3D打印机，打印由聚己内酯（PCL）和种植软骨细胞的海藻酸钙水凝胶形成层叠加型（layer-by-layer （LBL））三维支架。Markstedt， K等应用3D打印技术将有优异的剪切性能的纳米原纤维素（NFC）同有快速交联的海藻酸钠制成复合三维胶体支架。 Reed， S等通过3D打印技术打印出高度多孔、亲水性强的壳聚糖/海藻酸钠水凝胶（Ch-Al），通过精确可控的致孔技术制成不同孔径的水凝胶，从而在软骨及骨的组织工程学中提供更好的支架材料。
3.结论：藻酸盐水凝胶与其他聚合物相比， 价格低、来源丰富、易塑形、具有更好的亲水性， 易于细胞吸附， 营养物质易于渗透等特点，经过改性修饰之后，其力学性能及生物相容性能都发生了变化，科研当中可以根据研究的需要选择合适的海藻酸钠水凝胶。
参考文献：
[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.
作者简介：张帅，男，1986年9月，，山东日照人，毕业于上海中医药大学，本科中西医结合专业，硕士针灸推拿，目前在职攻读中西医结合康复专业博士学位，职称：主治医师。方向：KOA的防治与机理研究。
【关键词】海藻盐；水凝胶
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
本文檢索了近年来国内外关于藻酸盐及软骨组织工程（“Cartilage tissue engineering”“Alginate”“Chondrocytes”）的文章，选取关于海藻酸盐的改性修饰的文章，经筛选符合要求的文献，对相关的内容做进一步的查阅之后，综述如下：
1.藻酸盐的特性：
海藻酸盐藻酸盐是从海带、马尾藻等褐海藻中分离得到的一种天然多聚糖，由1，4-B-D甘露糖醛酸和A-L-古洛糖醛酸连接而成的线性多聚糖，相对分子量在5000～15000之间。海藻酸盐的亲水性及带负电荷能很好的模拟软骨细胞外基质，电子显微镜观察为三维网状结构，海藻酸钙形成的凝胶小球的表面以及内部孔隙适中，可以让细胞进行营养交换，及细胞间的相互联系。其降解速率较快，机械性能较弱。
2.改性修饰的方法：
2.1光交联方法：
当海藻酸盐同其他化合物经光照射后发生光解作用，化学键的一部分断开，生成的游离基等活化分子互相键合而形成网状结构的反应，是合成高分子材料的重要手段之一。具有操作便捷、节约、无污染等特点。Balakrishnan， B等制备高碘酸氧化海藻酸钠与明胶自交联的水凝胶，经复合小鼠软骨细胞培养，发现是一种很有前途的可注射的软骨修复基质[1]。 Chu， J等将三聚乳酸（PLLA）同海藻酸钙制备成复合水凝胶，发现交联的复合支架具有孔隙分布均匀、机械强度高并且生物相容性好的特点[2]。Coates， E.E等通过光引发剂的作用下使得甲基丙烯酸酯基团同海藻酸钠在紫外光照射下形成聚合物，发现该聚合物可做为一种可注射行的软骨修复治疗介质[3]。Fan， C.J. and D.A. Wang通过将包有软骨细胞的海藻酸钠微球经光交联复合于硫酸软骨素（CS）中培养后，这样充分发挥了海藻酸钠微球的载负转运功能[4]。
Jeon， O等通过共价修饰光交联含有Arg-Gly-Asp氨基酸序列的海藻酸钠水凝胶，具有良好的生物降解好、细胞粘附性和机械性能[5]。Rouillard， A.D等采用光引发剂（va-086）与海藻酸钠通过光交联丙烯酸甲酯形成复合水凝胶支架，并复合牛软骨细胞培养，发现复合水凝胶对软骨细胞没有毒性作用，并有一定的机械力学性能[6]。Karunanithi， P等通过利用褐藻多糖硫酸酯（0.5%）加入到1.5%海藻酸钠中复合水凝胶，能够提高人类间充质干细胞（MSCs）的成软骨能力[7]。Wang， Y等通过光交联甲基丙烯酸与混合钡离子和钙离子形成甲基丙烯酸/海藻酸钠复合水凝胶微球，发现经修饰的复合水凝胶可增加特异性软骨基质的分泌，维持软骨细胞的表型[8]。Leong， W.， T.T. Lau and D. Wang通过将复合软骨细胞的明胶微球（主要直径为50-100μm）种植于藻酸钠水凝胶中，发挥了明胶的载体功能和良好的致孔剂的功能，从而对软骨细胞的体外培养发挥更高的效率[9]。 2.2 化学交联方法：
化学交联指在光、热、高能辐射、机械力、超声波和交联剂等作用下，大分子链间通过化学键联结起来，形成网状或体形结构高分子的过程。通过化学交联可改善聚合物的性能。
Knoll， G.A等模拟重复排列的丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸的类似蜘蛛丝蛋白多肽序列交联海藻酸钠形成新型水凝胶，从而形成一种新的纳米级家族的软骨工程支架[10]。Park， H.， E.K. Woo and K.Y. Lee等在没有额外的化学交联剂的条件下通过调整透明质酸与海藻酸钠以及钙离子的浓度制成透明质酸/海藻酸钠水凝胶（HGA），经实验证实HGA可用于软骨组织工程领域。
Oprenyeszk， F等将壳聚糖（0.6%）海藻酸钠（1.2%）复合软骨细胞通过注射器缓慢注入到氯化钙溶液中形成凝胶微球发现壳聚糖-海藻酸钠凝胶微球可作为一种更好的软骨细胞移植修复软骨缺损的支架。Wan， W等将氨基-2乙氧基丙烷（amino-diethoxypropane）修饰到海藻酸钠上形成半缩醛基再加入到壳聚糖中形成复合水凝胶。发现复合水凝胶复合BMSCs用于软骨缺损可促进软骨再生。Yang， X等通过交联胶原与海藻酸钠形成复合水凝胶，交联后的水凝胶的压缩模量和降解性能进行了改善，可以保持软骨细胞的细胞表型。在软骨组织工程中有巨大的应用潜力。Yan， S等将改良的聚（L-谷氨酸）/海藻酸钠（PLGA/ALG）水凝胶进行力学性能、微管孔径测试、体外降解测试及复合软骨细胞體外培养，发现改良后的复合水凝胶PLGA/ALG可用于软骨组织工程的研究。
2.3 3D打印技术：
3D打印技术是近年来随着科技的进步不断应用起来的技术，通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，现在逐步扩展到材料制备的各个行业当中。Bartnikowski， M等通过3D打印技术制备海藻酸钙和羟基磷灰石支架并通过光交联明胶丙烯酰胺铸（GelMA）透明质酸甲酯（HAMA）制成水凝胶，发现制成的复合水凝胶无毒性并有良好的细胞相容性。Cohen， D.L等使用3D打印技术制造均质性更好的海藻酸钠水凝胶，经测试发现这种水凝胶的机械性能有了很大的提高。Kundu， J等利用添加剂制造（AM）与多头沉积系统（MHDS）的细胞3D打印机，打印由聚己内酯（PCL）和种植软骨细胞的海藻酸钙水凝胶形成层叠加型（layer-by-layer （LBL））三维支架。Markstedt， K等应用3D打印技术将有优异的剪切性能的纳米原纤维素（NFC）同有快速交联的海藻酸钠制成复合三维胶体支架。 Reed， S等通过3D打印技术打印出高度多孔、亲水性强的壳聚糖/海藻酸钠水凝胶（Ch-Al），通过精确可控的致孔技术制成不同孔径的水凝胶，从而在软骨及骨的组织工程学中提供更好的支架材料。
3.结论：藻酸盐水凝胶与其他聚合物相比， 价格低、来源丰富、易塑形、具有更好的亲水性， 易于细胞吸附， 营养物质易于渗透等特点，经过改性修饰之后，其力学性能及生物相容性能都发生了变化，科研当中可以根据研究的需要选择合适的海藻酸钠水凝胶。
参考文献：
[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.
作者简介：张帅，男，1986年9月，，山东日照人，毕业于上海中医药大学，本科中西医结合专业，硕士针灸推拿，目前在职攻读中西医结合康复专业博士学位，职称：主治医师。方向：KOA的防治与机理研究。