肝素水凝胶在骨组织工程中的应用

赵宇昊 何易祥 高昭 赵海燕 王文己

临床上很多疾病与骨和软骨缺损及再生相关，因此学者们对骨发育及修复的探究从未停止[1]。作为新兴生物材料，肝素水凝胶在骨组织工程中的骨缺损修复、诱导分化等方面发挥重要作用。肝素广泛存在于体内，它的分子结构中含有大量磺基和羧基，表面带有大量负电，通过肝素结构上的特定结合域能静电吸附许多重要的生物分子，从而与生物活性蛋白相互作用[2]。因此，肝素水凝胶除具有水凝胶的组织相容性好、溶胀不溶解等优点外，还具有参与调控细胞因子释放等生物学特性。

1 诱导间充质干细胞分化

间充质干细胞(MSC)可分化为骨细胞和软骨细胞，是一种很好的干细胞治疗来源，对于骨相关疾病的治疗尤为重要[3]。肝素能与许多成骨细胞及骨祖细胞黏附相关蛋白相互作用，加之水凝胶本身具有交联网状的3D分子结构，因此肝素水凝胶可维持MSC存活，诱导MSC分化[4]。Choi等[5]将肝素泊洛沙姆/结冷胶双网水凝胶作为MSC载体进行培养，发现在肝素提供改善黏附增殖表面的前提下，两种水凝胶复合对细胞增殖有显著促进作用。而肝素泊洛沙姆水凝胶解决了天然多糖结冷胶在装载细胞时成胶温度高、凝胶本身缺乏配体结合部等问题，MSC存活且形态表现良好，表明肝素水凝胶不仅可以影响MSC，而且组织细胞毒性较低。Chen等[6]研究提示，肝素水凝胶较明胶水凝胶更容易促进MSC成软骨分化，抑制成骨分化。Seto等[7]将MSC与成骨细胞共培养于肝素水凝胶中，MSC虽然成骨明显，但细胞边缘矿化却十分明显，这也提示肝素本身带有负电荷，因此可以选择性地与可溶性带正电荷的蛋白相互作用，从而影响成骨细胞分泌的细胞因子作用。……