组织工程用聚乳酸系生物可降解高分子材料修饰研究进展

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1、组织工程用聚乳酸系生物可降解高分子材料修饰研究进展姚芳莲孟继红毛君淑#姚康德#(天津大学化工学院#天津大学高分子材料研究所天津300072)   聚乳酸(PLA)和聚羟基乙酸(PGA)及它们的共聚物(PLG)为研究得最多的生物分解性脂肪族聚酯。它们已为美国FDA批准可用作外科缝合线及药物释放载体。近年来在组织工程中被广泛用于支架(scaffold)和细胞构建结构物。此类生物降解聚合物随组织重建在体内分步降解吸收。这些材料的本体性能和力学性质与降解速率有关。而材料的表面特性则因其与体内细胞接触而对材料与细胞间的相互作用情况起关键作用，因而对这

2、类植入体内材料的表面修饰就显得特别主要。乳酸类聚合物的表面疏水性强，影响了其与细胞的亲和性，要扩大乳酸系聚合物在组织工程中的应用，对其与细胞亲和力的改进是一关键问题。由于聚乳酸分子链上缺乏反应位点，使得对其进行修饰变得非常困难。一般常用于聚合物表面修饰的方法，如调节材料表面亲水/疏水性及电荷、将细胞粘连因子和细胞增殖因子等生物活性因子固定于材料表面等，对乳酸类聚酯的表面修饰难于奏效。基于物理吸附的修饰方法是由范德华力维持吸附分子与基材间的作用，所以结合力弱，被结合分子易脱落，影响材料的长期使用性能，不能满足应用需要。因而，寻求聚乳酸系聚合物

3、合适的修饰技术，包括用嵌段或接枝聚合方法对其化学结构进行本体修饰、表面修饰或复合改性，从而改善聚乳酸基生物降解材料对目标细胞的亲和性，使其在组织工程相关应用中发挥作用具有重要意义。1嵌段共聚物   纤连蛋白细胞粘连微区为精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)二肽，它可由含侧链羧基的乳酸和苹果酸的共聚物而固定化。天冬氨酸与苄醇的80%H2SO4水溶液于70°C脱水缩合得其L-b天冬氨酸苄酯，将其在硫酸水溶液中与NaNO2反应得L-b苹果酸苄酯(2)，它与溴代乙酰氯在三乙胺存在下，于醚中反应得L-b溴乙酰苄基苹果酸酯(3)，它在二甲基甲酰胺中与Na

4、HCO3反应则得其环状二聚体(BMD)(4)。将它与L-丙交酯(L-LAC)在己酸亚锡催化下于160°C开环聚合而后水解得PMLA[1]。其中含苹果酸10%，数均分子量为31,700。以二环己基碳二亚胺(DCC)法或氯甲酸酯(ECF)法可将RGD在其薄膜上固定化。以后法为例，固定化量达6.3μgRGD/1mgPMLA。以1.0×105的NIH3T3细胞种植后，在D-MEM基中，37°C下5%CO2气氛中培养1h,细胞培养后的薄膜用戊二醛固定化，对照薄膜上粘连细胞仅为种植细胞的1%，而固定化7.29mg后表面粘连细胞数增大30倍。可见利用聚(

5、苹果酸-共-乳酸)侧链上的羧基使聚乳酸表面修饰，利于细胞粘连因子、细胞分化诱导因子和增殖因子固定化。   Langer等[2]以乳酸和赖氨酸的混杂二聚体与乳酸的二聚体丙交酯共聚制备聚(乳酸-共-赖氨酸)，其赖氨酸残基侧链上的氨基可作为生物活性因子如RGD的配体接枝，以诱导细胞粘连。   Hubbell等[3-4]以丙交酯和甘油在辛酸亚锡存在下于130°C制得甘油封端的聚乳酸(GL3)，再用丙烯酰氯将其转变成三臂的丙烯酸化乳酸齐聚物(GL3-AC)。以2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(苄基二甲缩酮BDMK)为光敏剂，它和端羟基聚乙二醇丙烯酸单

6、酯(PEG-AC)在紫外光辐照下进行共聚合，在皮氏(Petri)培养皿上形成GL3-PEG网络薄膜。动态接触角与吸水率测定结果表明，水溶性PEG的引入使薄膜表面亲水性和吸水率显着提高。将人成纤细胞种植于薄膜，确认其具有良好的细胞粘连特性。由PEG引入的端羟基可成生物活性肽介入的位点，此类生物降解网络适用于组织工程支架[4]。   聚乳酸及其嵌段共聚物大都以辛酸亚锡催化相应交酯等开环聚合而制备，在所合成聚合物中会残留少量催化剂锡，需将其适当处理，以免影响材料的生物兼容性。Gross等[5]采用脂肪酶催化开环聚合反应，制备多臂聚(丙交酯-共-己

7、内酯)。为此，以多官能基的1-乙基吡喃葡萄糖苷作引发剂由脂肪酶催化e-己内酯(e-CL)开环聚合制备1-乙基-6-寡(e-CL)吡喃葡萄糖苷大单体(EGP)，再以脂肪酶PS-30催化其w-羟基的区域选择性保护酰化反应，最后再利用糖核上残留的自由羟基在辛酸亚锡存在下引发丙交酯的聚合制备三臂聚(丙交酯-共-己内酯[(PLA)3(PCL),EPG]，所得产物是围绕糖核构建的空间规则的多臂混杂嵌段共聚物，其PLA数均分子量为31078g/mol,而PCL数均分子量为1270g/mol。   森田等[6]以缩肽和L,L-丙交酯开环共聚合，脱保护基后，

8、用丙烯酰氯作用制备相应含丙烯酸酯侧链的聚合物，它与聚甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)等紫外辐照共聚可构建水凝胶，水中溶胀度达185%，可作为细胞培养与包囊基材，分子链中引入酰胺基可增