本文基于《Thiolated Poly- and Oligosaccharide-Based Hydrogels for Tissue Engineering and Wound Healing》进行写作。

        硫代聚合物作为一类能够通过形成二硫键与蛋白质反应的新型生物材料进入了生命科学领域。其中，硫代多糖和硫代寡糖被认为是作为治疗药物最有前途的发现，由于硫基化的多糖和寡糖许多有利的性质，在组织工程和伤口愈合可以引入。

硫代多聚糖和低聚糖的合成

        多糖和寡糖具有几个官能团，可用于在其主链中引入巯基(SH)。这些官能团包括:

        1)羟基(-OH):既可以转化为巯基，也可以分别用于与带有羟基或碳酸基团的巯基配体形成醚和酯。

        2)邻二醇(-CHOH-CHOH-):邻二醇可与含伯胺的巯基配体通过还原胺反应生成仲胺的高碘酸乙醛氧化。

        3)羧基(-COOH):许多多糖如透明质酸盐或海藻酸盐含有羧基，可以与巯基配体形成酯、酰胺或肼。

        4)氨基(-NH₂）：壳聚糖可能是唯一与氨基相关的多糖，氨基可以与巯基配体形成酰胺、仲胺或胍。

图1. 硫代和S-保护的透明质酸水凝胶的图示

硫代多糖和寡糖的表征

        硫代多糖和寡糖可通过不同的化学和物理方法进行分析，包括确定它们的化学结构、分子量、热行为、流变特性、形态特征等。

        1）确定共价附着：傅立叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和紫外可见光谱(UV-Vis)等光谱技术。

        2）分子结构：核磁共振(NMR)。

        3）巯基化程度：埃尔曼试剂(DTNB)或碘滴定法。

        4）物理性质：热分析方法，如差示扫描量热法(DSC)，热重分析(TGA)和动态力学分析(DMA)。

        5）水凝胶的流动和变形行为：流变学分析技术，包括振荡剪切流变学和蠕变和恢复流变学，但也可以应用于研究相互作用，如与蛋白质的二硫键形成。

        6）表面结构和形态：扫描电子显微镜(SEM)，透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等技术。

可生物降解性和安全性

        1）硫代多糖和寡糖的降解过程涉及不同的机制，如酶降解或水解降解。降解过程可由骨架类型、硫代类型和交联程度控制。巯基部分的保护降低了通过酶水解的生物降解敏感性。

        2）硫代多聚糖和低聚糖的安全性主要取决于以下参数:

        a)细胞毒性；b)血液相容性；c)炎症反应；d)生物相容性；e)降解产物。

        值得注意的是，硫代多糖和寡糖的安全性可能因合成方法、配方和预期应用的类型而异。

硫代多糖和寡糖的性质

        硫代多糖和寡糖的特性包括原位胶凝、生物粘附、释放控制、酶抑制和金属结合等特性。此外，还具有抗菌和抗菌性能。图2全面展示了硫代多糖和寡糖水凝胶的多用途特性。

图2. 硫代多糖和寡糖水凝胶的性质及其在组织工程和伤口愈合中的应用

硫代多糖和寡糖的应用

        硫代多糖相对于相应的未修饰多糖在组织工程和再生方面具有优势。

        1）含有Arg-Gly-Asp-(RGD)的肽修饰的硫代透明质酸能够促进细胞附着，这种聚合物的原位交联使水凝胶具有再生受损组织的巨大潜力。硫代透明质酸水凝胶也被开发为一种可注射基质，用于治疗关节软骨异常和骨畸形。

        2）基于巯基壳聚糖和丝素蛋白的水凝胶被设计用于帮助软骨组织工程中利用的软骨细胞，提供增加的强度，刚度和弹性。经N-乙酰半胱氨酸被S-保护的巯基壳聚糖，可作为低温凝胶支架的生物材料。

        止血、炎症、增殖和重塑是构成伤口愈合过程的四个不同但重叠的阶段，如图3所示。硫代多糖和寡糖水凝胶可以保持伤口湿润，同时也可以作为微生物的屏障。硫代多糖和寡糖表现出增强的聚合度，使其抵抗机械压力，促进加速干质量损失和生物降解。此外，由于阳离子聚合物(带正电)和带负电的血细胞之间的静电吸引，硫代聚合物和血细胞之间的强分子间相互作用有助于其高止血性能。

图3. 硫代多糖和寡糖在不同阶段伤口愈合应用中的作用

未来趋势

        由于氧化条件不足，给药后氧化过程在靶组织中通常进展太慢，这一缺点限制了硫代多糖和寡糖水凝胶的潜力。另一方面，水凝胶的微结构的改善可以通过短链硫代多糖或寡糖作为交联剂与长链硫代多糖结合的方法实现。此外，由于大多数用于组织工程和伤口愈合的活性成分是带有硫醇亚结构的肽和蛋白质，它们可以通过二硫键形成共价连接到硫化的多糖和寡糖上，保证更可控和持续的释放，甚至是由细胞反馈机制触发的释放。

作者：林念

审核：李全才，吕友晶

编辑：邵萌

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