殼聚糖在喉軟骨組織工程中的應(yīng)用

崔 翔 侯瑞霞 李 群 陸達(dá)楷 鄧紅霞 沈志森

殼聚糖在喉軟骨組織工程中的應(yīng)用

崔 翔 侯瑞霞 李 群 陸達(dá)楷 鄧紅霞 沈志森

喉癌、喉狹窄、外傷等引起的喉軟骨缺損是耳鼻咽喉科常見(jiàn)的損傷，喉軟骨的修復(fù)重建是臨床面臨的重大挑戰(zhàn)。軟骨因無(wú)血管和淋巴，自身修復(fù)及再生能力差，目前尚未能重建出持久的喉軟骨組織來(lái)替代受損的喉軟骨。組織工程的興起給喉軟骨重建帶來(lái)新的契機(jī)，其關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)合適的支架材料以負(fù)載種子細(xì)胞和生長(zhǎng)因子，促進(jìn)喉軟骨再生，以實(shí)現(xiàn)喉軟骨修復(fù)重建。殼聚糖材料具有良好的生物相容性，可誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞附著、增殖，易于塑形，生物降解速率可調(diào)控，已廣泛應(yīng)用于組織工程研究。本文總結(jié)了喉軟骨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、殼聚糖的特性，以及殼聚糖在軟骨組織工程中的應(yīng)用，以探索殼聚糖在喉軟骨組織工程中應(yīng)用的可能性。

殼聚糖喉軟骨組織工程支架材料

喉是人體十分關(guān)鍵的部位，結(jié)構(gòu)精巧且復(fù)雜，包含有甲狀軟骨、會(huì)厭軟骨、環(huán)狀軟骨、杓狀軟骨、舌骨等多種軟骨組織，聚集在咽喉狹小的通道中，提供并維持著喉腔的力學(xué)支撐。臨床上喉腫瘤、喉創(chuàng)傷、喉先天性畸形等疾病，通常以喉切除術(shù)等手術(shù)進(jìn)行治療。這些不可避免的喉軟骨損傷及切除會(huì)帶來(lái)諸如失音、嗅覺(jué)變化、容貌改變，甚至永久性氣管造瘺等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重影響患者的生理和心理健康[1]。因此，喉功能最大限度的保留與重建，是臨床亟待解決又充滿挑戰(zhàn)的課題。20年來(lái)已進(jìn)行了許多嘗試，如采用喉內(nèi)顯微激光技術(shù)來(lái)保留喉功能[2]，適用于早期喉癌（T1和T42階段）的手術(shù)切除；此外，甲狀軟骨與氣管一期吻合術(shù)因不影響喉和氣管的正常生長(zhǎng)發(fā)育，成為解決聲門(mén)下喉氣管損傷的有效手段。Grillo等[3]在完全切除環(huán)狀軟骨環(huán)和部分后壁的環(huán)狀軟骨板后，完成了初步的氣管-甲狀軟骨吻合，環(huán)狀軟骨滿意地被環(huán)行的軟骨氣管所替代。但以上方法均只能在一定程度和范圍內(nèi)保留喉軟骨的功能，并未通過(guò)修復(fù)和重建喉軟骨來(lái)保留喉的功能，因此構(gòu)建具有高度仿生結(jié)構(gòu)與功能的喉軟骨具有重要的臨床價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

近年來(lái)，組織工程的興起給喉軟骨的修復(fù)重建帶來(lái)新的思路和希望。通過(guò)構(gòu)建類(lèi)似細(xì)胞外基質(zhì)的組織工程支架，與細(xì)胞、生長(zhǎng)因子等活性物質(zhì)結(jié)合，通過(guò)體外培養(yǎng)和體內(nèi)植入，促使新組織再生，達(dá)到修復(fù)和重建病損組織的目的。其中，組織工程支架材料的選擇及其結(jié)構(gòu)與功能的調(diào)控尤為重要。許多天然和人工合成材料已被廣泛應(yīng)用于軟骨的修復(fù)及重建研究。殼聚糖作為獨(dú)特的天然材料已在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括人工皮膚、可吸收縫線、止血海綿、防黏連劑/膜及降壓、降膽固醇制劑等。在藥物傳遞、DNA的載運(yùn)、神經(jīng)的重塑、腫瘤靶向治療等方面，殼聚糖也發(fā)揮了巨大作用。在組織工程學(xué)領(lǐng)域，殼聚糖已成為非常重要的組織工程支架材料，被廣泛地應(yīng)用于骨與軟骨組織工程的研究，并越來(lái)越多地受到重視。本文通過(guò)總結(jié)喉軟骨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，歸納殼聚糖的特性和殼聚糖在軟骨組織工程中的應(yīng)用，以探索其在喉軟骨組織工程中應(yīng)用的可能。

1 喉軟骨的結(jié)構(gòu)及其修復(fù)

1.1 軟骨成分及結(jié)構(gòu)

軟骨屬結(jié)締組織范疇，是人和脊椎動(dòng)物特有的胚胎性骨骼，由軟骨細(xì)胞、軟骨膜及基質(zhì)構(gòu)成。軟骨根據(jù)基質(zhì)中所含纖維成分不同可分為透明軟骨、纖維軟骨和彈性軟骨，在機(jī)體內(nèi)起支持和保護(hù)作用。從成分組成的角度研究，軟骨由液相和固相組成，液相主要是水，固相包括膠原纖維或彈性纖維、蛋白多糖和細(xì)胞成分。液相主要功能是通過(guò)自身的媒介作用把小的溶質(zhì)傳送或擴(kuò)散于組織內(nèi)外；固相的蛋白多糖和纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀支架則是構(gòu)成天然軟骨支架的主要成分，提供著主要的力學(xué)支撐。軟骨細(xì)胞是軟骨組織中唯一的細(xì)胞成分，屬于終末分化細(xì)胞，增殖能力有限，并且包埋于由膠原和蛋白多糖組成的軟骨陷窩內(nèi)，無(wú)法自由移動(dòng)，軟骨全層或部分損傷很難通過(guò)軟骨細(xì)胞增殖進(jìn)行修復(fù)[4-5]，此外軟骨中缺乏血管，無(wú)法通過(guò)血液來(lái)運(yùn)輸組織修復(fù)所需的養(yǎng)分。因此，軟骨細(xì)胞一旦損傷或缺失，極難通過(guò)自身修復(fù)來(lái)愈合。

透明軟骨基質(zhì)中的主要成分是蛋白多糖和膠原[6]。膠原種類(lèi)包括Ⅱ、Ⅵ、Ⅸ、Ⅹ、和Ⅺ型膠原，其中Ⅱ型膠原占90%～95%，是透明軟骨基質(zhì)中的主要特征性膠原。蛋白多糖包含95%氨基葡聚糖和5%蛋白質(zhì)。氨基葡聚糖具有很強(qiáng)的吸納、釋放自由水的能力，使得軟骨具有良好的彈力和應(yīng)力。蛋白多糖分子的側(cè)鏈以短突形式與Ⅱ型膠原為主的膠原纖維相接觸，構(gòu)成較大間隙的網(wǎng)架，以承受壓力并結(jié)合大量的水分子構(gòu)成穩(wěn)固的軟骨細(xì)胞外基質(zhì)框架和微環(huán)境，從而有助于基質(zhì)和軟骨細(xì)胞相互作用。

1.2 喉軟骨結(jié)構(gòu)

喉部的軟骨組成包括單一的甲狀軟骨、環(huán)狀軟骨、會(huì)厭軟骨和成對(duì)的杓狀軟骨。其中，透明軟骨位于甲狀軟骨、環(huán)狀軟骨和杓狀軟骨的大部分，而彈性軟骨位于會(huì)厭軟骨、甲狀軟骨中央部、杓狀軟骨的聲帶突和尖、籽狀軟骨。甲狀軟骨是喉軟骨中最大的一塊，由兩塊前緣相互融合的近似四邊形的軟骨板組成，構(gòu)成喉的前壁和側(cè)壁。環(huán)狀軟骨位于甲狀軟骨下方，由前部窄而低的環(huán)狀軟骨弓和后部高而寬闊的環(huán)狀軟骨板組成，是喉部唯一完整環(huán)形的軟骨，對(duì)于支撐呼吸道保持其通暢特別重要。會(huì)厭軟骨上寬下窄，下端狹細(xì)的會(huì)厭軟骨莖借韌帶連于甲狀軟骨前角內(nèi)面，防止食物誤入喉腔。杓狀軟骨位于環(huán)狀軟骨板后上緣，呈三角錐形，左右各一，頂尖向后內(nèi)方傾斜，其底部和環(huán)狀軟骨連接成環(huán)杓關(guān)節(jié)?？梢?jiàn)喉形態(tài)復(fù)雜，呈管狀中空結(jié)構(gòu)，腔隙不規(guī)則，有棱有角，且各關(guān)節(jié)連接精細(xì)。因此，組織工程模擬喉軟骨形態(tài)有一定的難度，三維打印技術(shù)的應(yīng)用有望解決這一難題。

1.3 目前常用的軟骨修復(fù)方法

自體軟骨移植具有成骨能力強(qiáng)、無(wú)免疫排斥反應(yīng)、容易愈合等特點(diǎn)，是一種較為安全的方法。喉軟骨修復(fù)可取材于鼻中隔軟骨、肋軟骨[7]、甲狀軟骨[8]、舌骨[9]、耳軟骨[10]等。肋軟骨因其強(qiáng)度能防止內(nèi)部坍塌，彈性允許與周?chē)慕M織協(xié)同移動(dòng)，且往往不被吸收，非常適合于喉軟骨的修復(fù)。采用自體肋軟骨進(jìn)行延遲喉氣管重建，仍然是臨床上聲門(mén)下狹窄的標(biāo)準(zhǔn)治療。此外，Cansiz等[11]把復(fù)合鼻中隔移植用于喉氣管腫瘤切除后的重建，平均62個(gè)月的隨訪期間無(wú)局部復(fù)發(fā)和并發(fā)癥。Bhavana等[12]報(bào)告了兩例用髂嵴作為喉氣管移植物來(lái)進(jìn)行聲門(mén)下喉重建。但自體軟骨移植取材來(lái)源有限，附加供區(qū)損傷，供區(qū)并發(fā)癥可能和離體組織缺血壞死的可能[13]均使其臨床應(yīng)用受到限制。

同種異體軟骨移植治療軟骨損傷是另一種可行的方法。因可根據(jù)損傷的情況任意設(shè)計(jì)移植物的大小及形狀，這種方法對(duì)不同解剖部位及不同大小的軟骨損傷均適合，尤其是損傷面積在2 cm2以上伴有軟骨下骨缺損時(shí)更能夠顯示其優(yōu)勢(shì)。Smith等[14]報(bào)告了經(jīng)過(guò)射線處理的異體肋軟骨移植治療小兒輕度聲門(mén)下狹窄，成功代替了自體移植，減少了手術(shù)時(shí)間，降低了術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率。Ma等[15]通過(guò)灌注法去掉喉肌群及黏膜等高免疫原性物質(zhì)，保持喉肌群中細(xì)胞外基質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)，從而保留了完整的軟骨支架結(jié)構(gòu)和軟骨細(xì)胞活性。林文彪等[16]探討了鼻內(nèi)鏡下同種異體鼻中隔軟骨移植術(shù)，在鼻中隔穿孔修補(bǔ)中的療效，結(jié)果15例穿孔Ⅰ期愈合，1例Ⅱ期愈合，隨訪1～3年，16例患者均無(wú)穿孔復(fù)發(fā)及不良反應(yīng)，有效率達(dá)100%。然而，目前的研究對(duì)于同種異體骨植入后的愈合機(jī)制、免疫反應(yīng)等問(wèn)題的闡釋尚未明確，如何來(lái)保存軟骨組織以求在安全前提下最大程度地降低其免疫原性，并加快植入后的骨愈合速度等方面亦存在爭(zhēng)議。

1.4 軟骨組織工程的基本特征

組織工程是一門(mén)新興的涉及種子細(xì)胞、支架材料以及生長(zhǎng)因子，來(lái)構(gòu)建人造組織或器官的跨領(lǐng)域?qū)W科。軟骨組織工程的核心就是將軟骨細(xì)胞或有分化增殖潛能的干細(xì)胞，混合接種在多孔的三維支架或者水凝膠上。支架材料在這一過(guò)程中不僅起著支撐作用，保持原有組織的形狀，而且還起到模板作用，為細(xì)胞提供賴以寄宿、成長(zhǎng)、分化和增殖的場(chǎng)所，并引導(dǎo)受損組織的再生和可控再生。所以，支架材料必須能模擬軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的環(huán)境，為新組織的形成提供合適的微環(huán)境[17]。理想的軟骨組織工程支架必須具備的條件：①具有一定的三維多孔結(jié)構(gòu)，利于軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的運(yùn)輸和排泄；②具有可生物降解或可生物再吸收的特性，材料的降解或吸收，能匹配軟骨組織的生長(zhǎng)速率，并且不釋放有細(xì)胞毒性的降解產(chǎn)物；③能支持種子細(xì)胞的黏附、增殖和分化；④作為臨時(shí)支架，能在移植部位提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度；⑤能被塑造成各種臨床要求的軟骨形狀和尺寸。

2 殼聚糖的特性以及其在軟骨組織工程中的應(yīng)用

2.1 殼聚糖的理化特性

殼聚糖是自然界中僅次于纖維的第二大生物多糖，是甲殼素部分脫乙?；蟮漠a(chǎn)物，甲殼素廣泛存在于昆蟲(chóng)和海洋無(wú)脊椎動(dòng)物的外骨骼上。作為生物材料，殼聚糖來(lái)源廣泛、取材方便。由于聚合程度的不同，分子量界于50～1 000 KD；溶解性與pH值密切相關(guān)，當(dāng)pH＜5時(shí)，殼聚糖能完全溶于稀酸溶液中，形成黏稠的溶液。殼聚糖是一種帶正電荷的陽(yáng)離子堿性聚合物，分子上的NH3+基團(tuán)易與帶負(fù)電荷的陰離子聚合物相互作用。因此，殼聚糖與一些水溶性的具有生物活性的陰離子聚合物，如GAGs、DNA、肝素等，能形成電解質(zhì)復(fù)合物水溶液。殼聚糖的降解產(chǎn)物為葡萄糖胺或者N-乙酰基-D葡萄糖胺，這些降解產(chǎn)物或與糖蛋白結(jié)合，或以二氧化碳的形式排出體外，對(duì)人體無(wú)毒害作用。此外，殼聚糖還能與眾多電荷基團(tuán)，如烴烷基、硫酸根結(jié)合，產(chǎn)生具有新特性的衍生物，并可通過(guò)修飾其側(cè)鏈基團(tuán)，來(lái)賦予新的化學(xué)衍生物以新的生物活性[18]。因此，通過(guò)化學(xué)改性的方法，可設(shè)計(jì)出各種性能的殼聚糖衍生物用于組織工程材料[19-21]。

2.2 殼聚糖的生物活性

殼聚糖是一種由β(l,4)糖苷鍵相連的葡萄糖胺和N-乙?；?D葡萄糖胺的線性天然聚合物。而N-乙?；?D葡萄糖胺基團(tuán)還存在于軟骨的細(xì)胞外基質(zhì)成分中，因此殼聚糖與軟骨組織有著良好的相容性，殼聚糖支架植入缺損區(qū)一般只會(huì)引起很小的排斥反應(yīng)，并能通過(guò)與某些生長(zhǎng)因子相互作用的方式，實(shí)現(xiàn)損傷部位的原位治療[22]。活體實(shí)驗(yàn)顯示，在植入早期（＜7 d），移植物周?chē)休^多中性粒細(xì)胞聚集，但很快消散，不會(huì)引起慢性炎癥也無(wú)大量纖維組織增生[23]。此外，有研究表明，殼聚糖對(duì)種子細(xì)胞的分化與生長(zhǎng)也有較明顯的誘導(dǎo)促進(jìn)作用。目前，軟骨組織工程的種子細(xì)胞主要為軟骨細(xì)胞和干細(xì)胞，種子細(xì)胞的培養(yǎng)經(jīng)歷兩個(gè)階段：第一階段的種子細(xì)胞以擴(kuò)增數(shù)量為主，第二階段的細(xì)胞需要誘導(dǎo)其特定的軟骨表型。而大多數(shù)細(xì)胞在第一階段時(shí)已喪失了分泌細(xì)胞外基質(zhì)的能力[24]，因此需要添加諸如FGF-2和TGF-b等生長(zhǎng)因子來(lái)維持這一能力，而殼聚糖具有出色的軟骨誘導(dǎo)能力。殼聚糖已被證明能誘導(dǎo)hBMSC向成軟骨定向分化，并促進(jìn)其黏附、擴(kuò)散和存活[25]。殼聚糖具有維持軟骨細(xì)胞形態(tài)和分泌細(xì)胞外基質(zhì)的能力。Lahiji等[26]的實(shí)驗(yàn)表明，殼聚糖能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞的黏附和增殖，并促進(jìn)軟骨細(xì)胞合成與分泌Ⅱ型膠原和蛋白多糖。諸多研究已表明，殼聚糖優(yōu)異的生物活性能基本滿足軟骨組織工程對(duì)材料生物學(xué)特性的要求。

2.3 殼聚糖支架的制備

殼聚糖易被加工制作成多孔支架結(jié)構(gòu)，是殼聚糖在細(xì)胞移植和組織修復(fù)方面的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)[27]。殼聚糖上諸多的NH3+和OH-，使得殼聚糖能與許多離子進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)。目前，已有多種殼聚糖支架通過(guò)化學(xué)或物理交聯(lián)方法制備出來(lái)，用聚乳酸和殼聚糖為材料以相分離法制備了復(fù)合支架用以軟骨缺損修復(fù)，并用脂肪干細(xì)胞（ASC）作為種子細(xì)胞植入兔子體內(nèi)培養(yǎng)12周后發(fā)現(xiàn)支架能有效地支持ASC的依附、擴(kuò)散和分化，支架的彈性模量能達(dá)到兔子相應(yīng)膝關(guān)節(jié)軟骨模量的83%，達(dá)到了0.69±0.11 MPa[28]。王玉等[29]以豬關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)和殼聚糖為原料，采用冷凍干燥法制備軟骨細(xì)胞外基質(zhì)/殼聚糖復(fù)合多孔支架。發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)/殼聚糖復(fù)合支架具有疏松多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率為90.15%，MTT結(jié)果顯示支架無(wú)細(xì)胞毒性，誘導(dǎo)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在支架表面生長(zhǎng)良好。Hoemann等[30]用殼聚糖/甘油磷酸鈉溫敏水凝膠對(duì)復(fù)合軟骨細(xì)胞的軟骨細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞在支架中生長(zhǎng)良好。Chen等[31]制備了溫敏性殼聚糖-g-PNIPAM凝膠和透明質(zhì)酸/殼聚糖-g-PNIPAM，通過(guò)SEM研究該凝膠對(duì)軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)的作用，結(jié)果表明，在這種凝膠體系上培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞能很好生長(zhǎng)和增殖。Li等[32]用聚L-丙交酯-co-己內(nèi)酯與殼聚糖交聯(lián)來(lái)模擬軟骨的主要生化成分，發(fā)現(xiàn)支架不僅可以促進(jìn)細(xì)胞黏附和增殖，而且可以顯著提高廢物的代謝以及Ⅱ型膠原蛋白的分泌，力學(xué)性能也有所提高。Mwale等[33]用5%的京尼平與殼聚糖交聯(lián)形成水凝膠，被認(rèn)為是一種很有前途的水凝膠。文獻(xiàn)認(rèn)為，絲素蛋白和殼聚糖1∶1配比形成的支架，相比單獨(dú)的成分，表現(xiàn)出更高的壓縮強(qiáng)度和彈性模量，并能支持軟骨細(xì)胞附著、增長(zhǎng)和軟骨化表型[34-35]。此外，還有一些研究文獻(xiàn)指出，殼聚糖的細(xì)胞親和力可以通過(guò)對(duì)其改性或與其他材料復(fù)合來(lái)進(jìn)一步提高，更有利于細(xì)胞的黏附與增殖。有報(bào)道將殼聚糖與其他細(xì)胞親和性好的材料復(fù)合，制備新型生物材料，如殼聚糖/Ⅰ型膠原，殼聚糖/Ⅱ型膠原，殼聚糖/明膠以及殼聚糖/透明質(zhì)酸等復(fù)合支架，應(yīng)用于軟骨組織工程。

軟骨組織工程支架在體內(nèi)的降解速率，是另外一個(gè)關(guān)注點(diǎn)。關(guān)于兔模型軟骨組織工程修復(fù)的研究顯示，新的軟骨再生時(shí)間一般為8～16周不等，但絕大多數(shù)研究在12周以后才顯示出更好的再生效果。殼聚糖主要被體液里的溶菌酶降解，完全降解需要數(shù)月之久，Tomihata等[36]證明，84%脫乙酰度殼聚糖浸在4 mg/mL溶菌酶中50 h只降解了10%，因此可通過(guò)殼聚糖與降解速率快的材料復(fù)合來(lái)提高降解速率。史德海等[37]用冷凍干燥法制成了單純的殼聚糖支架及殼聚糖-Ⅱ型膠原復(fù)合支架，用含有溶菌酶的PBS液浸泡，置于37℃水浴中進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膠原復(fù)合的支架相比單純殼聚糖支架降解率從12周的30%提升到50%左右。研究表明，殼聚糖被溶菌酶降解的速率和殼聚糖的脫乙?；潭燃皃H相關(guān)，殼聚糖在pH為4.5時(shí)，其降解速率是pH為7時(shí)的5倍。因此，我們有望通過(guò)改變殼聚糖乙酰化程度和pH值，來(lái)設(shè)計(jì)出擁有合理吸收和降解速率的殼聚糖支架。殼聚糖復(fù)合材料孔隙的大小，與細(xì)胞黏附生長(zhǎng)的關(guān)系也十分密切。喉部環(huán)狀軟骨的掃描電鏡結(jié)果顯示，軟骨陷窩內(nèi)橢圓形軟骨細(xì)胞直徑在5～10 μm左右，而軟骨陷窩的大小則在30～50 μm不等。因此，支架孔隙大小必須在50 μm以上，過(guò)小的孔隙會(huì)引起孔的閉塞，從而阻止細(xì)胞在支架內(nèi)的滲透和天然軟骨陷窩的生成。此外，Bhardwaj等[38]研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖與蠶絲蛋白的復(fù)合支架的孔隙直徑為100±11 μm時(shí)最適合軟骨細(xì)胞的生長(zhǎng)，當(dāng)然孔隙率越大，支架含水率越高，越有利于養(yǎng)分在支架內(nèi)的流通。Kuo等[39]制成的羥磷灰石/甲殼素/殼聚糖復(fù)合支架，孔隙率達(dá)250 μm，透明軟骨細(xì)胞在支架表面仍能很好地生長(zhǎng)。但過(guò)大的孔隙率勢(shì)必會(huì)帶來(lái)材料強(qiáng)度的降低，在合適的孔隙大小與材料力學(xué)強(qiáng)度中取得良好的平衡點(diǎn)，是殼聚糖運(yùn)用于軟骨支架時(shí)亟須解決的問(wèn)題。

2.4 殼聚糖在喉軟骨應(yīng)用的特性與要求

喉軟骨組織工程的支架材料不僅要符合組織工程一般材料的要求（良好的生物相容性、生物可降解性、三維多孔材料和一定的力學(xué)強(qiáng)度等），還必須具備以下特點(diǎn)：能夠維持細(xì)胞的形態(tài)和表型，促進(jìn)細(xì)胞的黏附和增殖，誘導(dǎo)軟骨組織的形成；材料的降解速率必須與喉軟骨再生速率相匹配；可以在一定的壓力下保持其原有結(jié)構(gòu)；其強(qiáng)度要適中，既能夠滿足局部負(fù)荷的要求，又不至于產(chǎn)生應(yīng)力遮擋作用，從而在外力作用下促進(jìn)軟骨細(xì)胞分泌軟骨基質(zhì)，逐漸形成新生軟骨并取代支架材料；需要材料有著良好的塑形性，能模擬各種形狀來(lái)滿足喉軟骨各種獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)要求。殼聚糖可調(diào)控的生物降解率，良好的塑形性及可加工性，誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞黏附、增殖的能力都能滿足喉軟骨組織的要求，而作為天然高分子材料，其力學(xué)強(qiáng)度的欠缺在一定范圍內(nèi)限制了其應(yīng)用和推廣。對(duì)喉軟骨中的環(huán)狀軟骨的力學(xué)性能的相關(guān)研究顯示，新鮮人環(huán)狀軟骨的壓縮強(qiáng)度約為3.57±0.64 MPa，彈性模量可達(dá)4.06±1.25 MPa。Li等[40]用原位沉析法制成了三維有序殼聚糖支架，當(dāng)殼聚糖濃度6%，烘干時(shí)間定為90 min時(shí)，壓縮力學(xué)強(qiáng)度可達(dá)到1.8 MPa，孔隙率也能維持在80%以上，已經(jīng)十分接近環(huán)狀軟骨的力學(xué)強(qiáng)度，是一種很有前景的喉軟骨組織工程材料。此外，殼聚糖具有廣譜抗菌性和良好的止血能力，能有效防止術(shù)后炎癥反應(yīng)的發(fā)生和降低出血的可能性，提高手術(shù)的預(yù)后效果，為殼聚糖應(yīng)用于臨床帶來(lái)了方便。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，臨床上常使用的自體軟骨及同種異體軟骨移植重建喉軟骨，雖有一定療效，但有局限性。組織工程技術(shù)的興起給喉軟骨修復(fù)帶來(lái)了新的希望。殼聚糖作為一種天然生物材料，已被廣泛應(yīng)用于軟骨組織修復(fù)的體外及活體研究。殼聚糖來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，擁有良好的生物相容性、塑形性、軟骨誘導(dǎo)性和降解可調(diào)控性，被證實(shí)在軟骨組織工程領(lǐng)域有很好的應(yīng)用價(jià)值和可行性。從現(xiàn)有研究看，單一的殼聚糖成分支架已不能滿足要求，制備良好性能的殼聚糖復(fù)合支架，并調(diào)整復(fù)合材料中各單體比例還需要進(jìn)一步探索。此外，克服現(xiàn)有殼聚糖支架存在的力學(xué)性能不足的缺點(diǎn)也是需要研究解決的問(wèn)題。目前，研究的熱點(diǎn)大多集中于關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)，運(yùn)用于喉軟骨修復(fù)損傷的探索和研究相對(duì)較少，設(shè)計(jì)出合適的殼聚糖支架以滿足喉軟骨特征性的修復(fù)，仍需積極探索?；蚬こ膛c組織工程的聯(lián)合運(yùn)用，使得殼聚糖修復(fù)喉軟骨的治療前景更加廣闊。

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Application of Chitosan in Laryngeal Cartilage Tissue Engineering

CUI Xiang1,3,HOU Ruixiang3,LI Qun1,2,LU Dakai1,2, DENG Hongxia2,SHEN Zhiseng1,2,3.
1 NingBo University School of Medicine,Ningbo 315211,China;2 Li Huili Hospital,NingBo University School of Medicine,Ningbo 315211,China;3 Ningbo Material Technology and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences,Ningbo 315211,China.Corresponding author:SHENG Zhiseng(E-mail:szs7216@163.com).

【Summary】The repair and reconstruction of laryngeal cartilage defects caused by laryngeal cancer,stenosis,trauma is a major challenge of the Otolaryngology.Due to the absence of blood vessel and lymph,the cartilage has poor ability to repair or regenerate itself once damaged.Little is reported on the enduring cartilaginous tissue to replace damaged laryngeal cartilages.The rise of tissue engineering offers new opportunities for laryngeal cartilage reconstruction.It is critical to develop appropriate scaffold materials to support cell adhesion,proliferation and neocartilage regeneration so as to repair laryngeal cartilage.Chitosan possesses excellent biocompatibility,the ability to induce chondrocyte adhesion,proliferation and differentiation,flexibility to process,and controllable biodegradation rate.It has been one of the most prom ising biomaterials for cartilage tissue engineering.However,little has been reported on the application of chitosan in the laryngeal cartilage tissue engineering.This review summarized the characteristics of laryngeal cartilage and updated chitosan-based materials for cartilage tissue engineering.Based on these,possible application of chitosan based materials for the laryngeal cartilage tissue engineering was discussed.

Chitosan;Laryngeal cartilage;Tissue engineering;Scaffold

10.3969/j.issn.1673-0364.2015.03.026

Q813.1+2

B

1673－0364（2015）03－0208－05

寧波市重大擇優(yōu)委托項(xiàng)目（2012C5015）；寧波市自然科學(xué)基金（2012A610208，2012A610217）；浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技計(jì)劃項(xiàng)目（2012ZDA042）。

315211浙江省寧波市寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院（崔翔，李群，陸達(dá)楷，沈志森）；315000浙江省寧波市寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬李惠利醫(yī)院（李群，陸達(dá)楷，鄧紅霞，沈志森）；315201浙江省寧波市中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所（崔翔，侯瑞霞，沈志森）。

沈志森（E-mail：szs7216@163.com）。