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        "id": 1,
        "chunk": "# 天然及复合海藻酸盐水凝胶改性和构建复合体系修复骨缺损",
        "category": " Introduction"
    },
    {
        "id": 2,
        "chunk": "# https://doi.org/10.12307/2022.310  \n\n范  谊，刘亚东，崔宇韬，刘  贺，田宇航，李少荣，王  淦，吴丹凯，彭传刚  \n\n投稿日期：2021-03-23  \n采用日期：2021-04-30  \n修回日期：2021-05-16  \n在线日期：2021-07-03  \n\n中图分类号：R459.9；R363；R364  \n\n文章编号：  \n2095-4344(2022)28-04532-07  \n文献标识码：A  \n\n![](images/d4f647374ea4bca2532eafd5a094a63bfbd470d4e456ba2bbf2e046aad31d282.jpg)  \n\n文题释义：  \n\n海藻酸盐：是一种存在于海藻类植物和细菌中的天然聚多糖形成的盐，其钠盐可溶，而与二价金属阳离子形成的螯合物(以海藻酸钙为代表)为不可溶性凝胶。在医药领域，海藻酸盐广泛应用于外科敷料、组织工程等的研究与临床实践中。  \n\n骨缺损：因为先天因素、创伤、感染和肿瘤等原因造成的骨组织缺失，是临床工作中的常见问题，常造成骨不连、骨折的延迟愈合以及局部功能障碍。目前骨缺损的治疗方法主要有植骨、Ilizarov技术(骨搬移技术)及Masquelet技术(膜诱导技术)等。",
        "category": " Introduction"
    },
    {
        "id": 3,
        "chunk": "# 摘要  \n\n背景：作为一种骨组织工程的细胞支架材料，海藻酸盐水凝胶因其良好的生物相容性、可再生的特点受到关注，然而天然海藻酸盐水凝胶因降解缓慢、凝胶不稳定等缺陷使其在机体环境下可能无法实现预期的效果。因此，需要对天然海藻酸盐水凝胶进行改性及构建复合体系，以满足骨缺损修复所需的功能。  \n\n目的：介绍天然海藻酸盐水凝胶的结构及其改性策略，复合海藻酸盐水凝胶的构建策略，强调在不同的骨缺损修复中海藻酸盐水凝胶及其复合体系所需具备的各种功能，并总结当前的研究重点和展望未来的发展趋势。  \n\n方法：作者以“alginate hydrogel、bone defect、bone repair、海藻酸盐、骨缺损、骨修复”为检索词，检索1995-2021年PubMed、Web ofcience、Medline、万方、中国知网和维普数据库中的相关文献，筛选后对69篇文献进行分析。  \n\n结果与结论： $\\textcircled{1}$ 海藻酸盐水凝胶通过氧化及 $\\gamma$ 射线照射等处理，能够获得更快的生物降解性能，而不同的交联方式可以使其具有不同的化学结构。 $\\textcircled{2}$ 通过复合体系的构建，海藻酸盐水凝胶及其复合体系能够作为细胞、生物活性因子及药物的载体，可以单独或者联合其他支架使用。 $\\textcircled{3}$ 因为具备以上复杂的性能，海藻酸盐水凝胶及其复合体系在骨缺损修复中表现出良好的前景，在部分已有的研究报道中，实现了临界性骨缺损的完全骨桥接。海藻酸盐复合体系为骨修复提供了潜在的解决方案，即通过局部生物活性物质的控制性递送，实现骨缺损的加速愈合以及临界性骨缺损的愈合。 $\\textcircled{4}$ 在大节段及承重骨缺损的修复中，可以联合其他高机械强度的支架，在提供机械承重的同时，增强了其他支架的骨整合能力，而这些方案能够适应不同的骨缺损修复的要求。 $\\textcircled{5}$ 总体而言，海藻酸盐水凝胶及其复合体系在动物实验中已经显现出良好的促进骨组织修复效果，为骨组织工程修复骨缺损提供了潜在的途径，但目前尚缺少系统的临床试验，故距离其实际服务于临床工作，还需要更多的临床研究与探索。  \n\n关键词：海藻酸盐水凝胶；海藻酸盐；水凝胶；骨缺损；骨修复；骨组织工程；生物材料；综述",
        "category": " Abstract"
    },
    {
        "id": 4,
        "chunk": "# Modification of natural and composite alginate hydrogels and repair of bone defect with composite systems  \n\nan Yi, Liu Yadong, Cui Yutao, Liu He, Tian Yuhang, Li Shaorong, Wang Gan, Wu Dankai, Peng Chuangang  \n\nDepartment of Orthopedics, Second Hospital of Jilin University, Changchun 130041, Jilin Province, China   \nFan Yi, Master candidate, Physician, Department of Orthopedics, Second Hospital of Jilin University, Changchun 130041, Jilin Province, China   \nCorresponding author: Wu Dankai, MD, Chief physician, Professor, Doctoral supervisor, Department of Orthopedics, Second Hospital of Jilin University,   \nChangchun 130041, Jilin Province, China   \nCorresponding author: Peng Chuangang, MD, Associate chief physician, Associate professor, Master’s supervisor, Department of Orthopedics, Second Hospital   \nof Jilin University, Changchun 130041, Jilin Province, China  \n\n吉林大学第二医院骨科，吉林省长春市  130041  \n\n第一作者：范谊，男，1998 年生，重庆市人，汉族，吉林大学第二医院骨科在读硕士，医师。  \n通讯作者：吴丹凯，博士，主任医师，教授，博士生导师，主任，吉林大学第二医院骨科，吉林省长春市  130041  \n通讯作者：彭传刚，博士，副主任医师，副教授，硕士生导师，副主任，吉林大学第二医院骨科，吉林省长春市  130041https://orcid.org/0000-0001-7859-6631 ( 吴丹凯 )； https://orcid.org/0000-0001-5596-0285( 彭传刚 )  \n基金资助：吉林省财政厅项目(2019SCZT014)，项目负责人：吴丹凯；吉林省科技厅项目(20200404140YY)，项目负责人：吴丹凯；国家自然科学基金项目(81772456)，项目主要参与人：刘贺  \n引用本文：范谊，刘亚东，崔宇韬，刘贺，田宇航，李少荣，王淦，吴丹凯，彭传刚. 天然及复合海藻酸盐水凝胶改性和构建复合体系修复骨缺损 [J]. 中国组织工程研究，2022，26(28):4532-4538.",
        "category": " References"
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    {
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        "chunk": "# Abstract  \n\nBACKGROUND: As a cell scaffold material for bone tissue engineering, alginate hydrogel has attracted attention due to its good biocompatibility and renewable characteristics. However, due to the slow degradation and instability of natural alginate hydrogel, it may not achieve the desired effect in the body environment Therefore, modification of natural alginate hydrogel and construction of its composite system are needed to meet the needs of bone repair.  \n\nOBJECTIVE: To introduce the structure and modification strategy of natural alginate hydrogel, and the construction strategy of composite alginate hydrogel. It emphasizes the various functions of alginate hydrogel and its composite system in different bone defect repair, and summarizes the current research focus and prospects the future development trend.  \n\nMETHODS: With “alginate hydrogel, bone defect, bone repair, alginate, bone defect, bone repair” as the key words, the author searched related articles on PubMed, Web of Science, Medline, Wanfang, CNKI and VIP databases from 1995 to 2021. Totally 69 articles were analyzed after screening.  \n\nRESULTS AND CONCLUSION: (1) Through oxidation, ray irradiation and other treatments, alginate hydrogel can achieve faster biodegradability, and different crosslinking methods can make it have Through the of the comp stem, the alginate hydrogel and the composite system other stents. (3) Due to the above complex propertie esearch reports, complete bone bridging of critic air. Accelerated healing of bone defects an of large segment and load-bearing bon of other scaffolds while providing d its composite system have eering to repair bone defects. However, there tually serves clinical work.  \n\ney words: alginate hydrogel; alginate; hydrogel; bone defect; bone repair; bone tissue engineering; biomaterial; review  \n\nFunding: the Department of Finance Project of Jilin Province, No. 2019SCZT014 (to WDK); the Science and Technology Department Project of Jilin Province, No. 20200404140YY (to WDK); the National Natural Science Foundation of China, No. 81772456 (to LH)   \nHow to cite this article: FAN Y, LIU YD, CUI YT, LIU H, TIAN YH, LI SR, WANG G, WU DK, PENG CG. Modification of natural and composite alginate hydrogels and repair of bone defect with composite systems. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2022;26(28):4532-4538.",
        "category": " Abstract"
    },
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        "id": 6,
        "chunk": "# 0   引言   Introduction  \n\n由于创伤、肿瘤、感染及先天性异常造成的骨缺损是现在临床工作中所面临的常见问题[1-2]，并且随着社会老龄化的进展，对于骨缺损治疗的需求也将增加。自体骨移植、同种异体骨移植是常用的骨缺损治疗方法 [3]，但都存在着现阶段难以克服的局限性，例如自体骨移植骨供应来源有限、供区并发症以及需要二次手术 [4-6]，同种异体骨移植可能因免疫排斥反应导致的移植失败、因为不具有细胞成分而表现出低的骨诱导特性以及可能传播疾病等[7-9]。现有骨缺损修复方案不能提供令人满意的修复效果，使得替代途径的开发成为研究热点，骨组织工程因运而生。  \n\n骨组织工程为细胞提供了三维支架，结合生物活性因子以及药物，使其在机体内修复缺损组织，以获得功能性骨重建[10]，在此过程中，支架材料是重要的影响因素。水凝胶常被用作组织工程中的细胞支架材料，其内含有大量的水 [11]，一般来说具有良好的生物相容性。  \n\n水凝胶形成的三维网络状结构为细胞提供了支撑，并允许细胞在其内进行营养物质交换 [12]，起到类似于人体细胞外基质的功能。因为具备成本低廉、产量大及可再生等优点，海藻酸钠是组织工程中应用最广泛的天然水凝胶多糖 [13]。通过海藻酸盐的改性与其他成分的掺入，海藻酸盐水凝胶复合体系能够同时满足骨组织工程“细胞”“支架”及“生物信号”的要求[14-15]。  \n\n在此，文章首先阐述了天然海藻酸盐的主要结构及基本性能，简要说明了天然海藻酸盐运用于骨组织工程中的局限性，并以此为基础，讨论了天然海藻酸盐水凝胶的改性和设计策略，以实现骨组织工程所需求的功能化。复合的材料体系是组织工程材料的常用模式，文章也讨论了基于海藻酸盐水凝胶的复合体系的构建策略，最后简要综述了海藻酸盐水凝胶及其复合凝胶在骨缺损修复中的研究现状，以期为未来研究指明方向。",
        "category": " Introduction"
    },
    {
        "id": 7,
        "chunk": "# 1   资料和方法   Data and methods",
        "category": " Materials and methods"
    },
    {
        "id": 8,
        "chunk": "# 1.1   资料来源  \n\n1.1.1   检索人及检索时间   由第一作者于 2020 年 12 月至 2021年3 月检索。  \n\n1.1.2   检索文献时限   1995-01-01/2021-03-22。  \n\n1.1.3   检索数据库   PubMed、Web of Science、Medline、中国知网、万方和维普数据库。  \n\n1.1.4   检索词   英文检索词：“alginate hydrogel，bone，defect，re-pair，regeneration，fracture，loss，tissue engineering”，中文检索词：“海藻酸盐、藻酸盐、藻酸、骨缺损、骨修复”。  \n\n1.1.5   检索文献类型   研究原著、综述、病例报告、荟萃分析和论著。  \n1.1.6   手工检索情况   无。  \n\n1.1.7   检索策略   在 PubMed、Web of Science、Medline 检索平台或数据库使用英文进行检索，在中国知网、万方、维普检索平台或数据库使用中文进行加检索，在检索过程中根据标题和摘要与文题的匹配情况确定是否筛选文献进行评价；以Web ofScience 为例，使用上述检索词为关键词，限定字段“主题”和“标题”，使用逻辑运算“AND”“OR”“NOT”连接检索词 ( 主要是“AND”)，另外考虑到不同文献中表述与关键词可能不完全相同，加入了通配符“\\*”，如alginate $^{*}\\mathrm{gel}^{*}$ 和 bone defect\\* 等，使用的各部分检索策略式见图1。  \n\n<html><body><table><tr><td>#10</td><td>1,252</td><td>主题：(alginate) AND 主题:(bone) NOT主题:(cartilage) 数据库=WOS，KJD，MEDLINE,RSCI,SCIELO时间跨度=2016-20 检索语言=自动</td></tr><tr><td>#9</td><td>569</td><td>主题: (alginate hydrogel*) AND 主题: (bone tissue engineering*) 数据库=WOS，KJD，MEDLINE,RSCI,SCIELO时间跨度=2016-21 检索语言=自动</td></tr><tr><td>#8</td><td>65</td><td>主题：(\"alginate hydrogel\") 精炼依据：文献类型：（REVIEW） 数据库=WOS,KJD,MEDLINE,RSCI,SCIELO时间跨度=2016-201 检索语言=自动</td></tr><tr><td>#7</td><td>1,130</td><td>主题：(\"alginate hydrogel\") 数据库=WOS,KJD，MEDLINE,RSCI，SCIELO时间跨度=2016-201 检索语言=自动</td></tr><tr><td>#6</td><td>184</td><td>主题：(\"alginate hydrogel\") AND 主题: (bone) 数据库=WOS，KJD，MEDLINE，RSCI，SCIELO时间跨度=2016-21 检索语言=自动</td></tr><tr><td>#5</td><td>146</td><td>主题：（alginate*gel*）AND主题：（fracture*） 数据库=WOS，KJD，MEDLINE，RSCI，SCIELO时间跨度=216- 检索语言=自动</td></tr><tr><td>#4</td><td>37</td><td>主题：(alginate*gel*）AND主题：(bone loss) 数据库=WOS，KJD，MEDLINE,RSCI，SCIELO时间跨度=2016-20 检索语言=自动</td></tr><tr><td>#3</td><td>455</td><td>主题：(alginate*gel*)AND主题：(bone regeneration*) 数据库=WOS,KJD,MEDLINE,RSCI,SCIELO时间跨度=2016-201 检索语言=自动</td></tr><tr><td>#2</td><td>289</td><td>主题：（alginate*gel*）AND主题：(bone repair*） 数据库=WOS，KJD，MEDLINE,RSCI，SCIELO时间跨度=2016-20 检索语言=自动</td></tr><tr><td>#1</td><td>265</td><td>主题：(alginate*gel*)AND主题：(bonedefect*) 数据库=WOS,KJD,MEDLINE,RSCISCIELO时间跨度=2016- 检索语言=自动</td></tr></table></body></html>  \n\n另外少量文献来自于对已经获取的文献进行研究或者质量评估时所涉及到的文中引文，利用文中的参考文献信息进行引文追踪所得，如文章中的Ref[20]。  \n\n1.1.8   检索文献量   各数据库初检得到研究原著、综述、临床研究及论著共237 篇。",
        "category": " Materials and methods"
    },
    {
        "id": 9,
        "chunk": "# 1.2   入组标准  \n\n1.2.1   纳入标准   根据所得文章题目和摘要进行初步筛选，剔除重复文献，通过文献泛读和精读后得到海藻酸盐水凝胶在骨缺损修复中应用的相关实验研究、综述、临床研究及论著。  \n\n1.2.2  排除标准  发表时间过早的陈旧性文章；非海藻酸盐水凝胶以及海藻酸盐水凝胶的非骨缺损修复相关的研究；文章质量低，证据等级不够以及重复性研究。  \n\n1.3   文献质量评估   首先阅读所有检索文献，并对其主题和质量进行评估。筛除与此次研究无关的文献后，入选文献共 69 篇，见图2。  \n\n![](images/373efa0b2733e0977f56f96c9c87b5e94eac9711a86be57e88b2ab9ba0a13901.jpg)  \n\n文献检索和筛选结果的输出采用文献的引用形式，且保持格式一致性，文献的引用形式包括作者、题名、期刊名称、发表年代、卷数( 期数) 和页码等。  \n\n1.4   数据的提取   共检索到文献237 篇，其中英文216 篇，中文21 篇，经过质量评估排除 168 篇，纳入 69 篇符合标准的文献进行综述 [1-69]，简要介绍天然海藻酸盐水凝胶，讨论海藻酸盐水凝胶及其复合体系的设计策略，重点讨论了目前海藻酸盐水凝胶在不同骨缺损修复中的研究与应用情况。",
        "category": " Materials and methods"
    },
    {
        "id": 10,
        "chunk": "# 2   结果   Results  \n\n2.1   海藻酸盐水凝胶的设计策略  \n\n<html><body><table><tr><td>0天然海藻酸盐水凝胶</td></tr><tr><td>0改良的生物可降解性</td></tr><tr><td>0交联方式</td></tr><tr><td></td></tr><tr><td>O海藻酸盐复合水凝胶</td></tr></table></body></html>  \n\n2.1.1   天然海藻酸盐水凝胶   海藻酸盐是一种由 $a-L-$ 古罗糖醛酸 (G) 和 β-D- 甘露糖醛酸 (M) 两种结构单元依靠 1，4- 糖苷键连接形成主链的嵌段天然聚多糖，主要来源于海藻类植物 ( 褐藻 ) 与细菌 ( 固氮菌和假单胞菌 ) 中，是一种高产量的、可再生的天然生物材料 [16]。海藻酸盐主链由连续的 M 残基、连续的 G残基以及交替的 M 和 G 残基组成。一般来说，海藻酸盐及其水凝胶具有良好的生物相容性，其中海藻酸的钙、钠、铵、钾盐被美国食品药品监督管理局认定为 GRAS[17](Generally Recognizedas Safe，一般认可为安全 )，在伤口愈合、药物输送和细胞移植中的应用被广泛研究。  \n\n在组织工程中，生物材料为细胞提供了三维支架，作为细胞黏附、增殖及分化的环境。细胞支架应该是多孔网络状的结构，其内的细胞在与周围环境进行细胞物质交换的同时，也被提供了必要的空间，以沉积细胞外基质。海藻酸盐形成的水凝胶的三维网络结构与人体生理状态下的细胞外基质相似 [18]，是潜在的骨组织工程细胞支架材料。天然海藻酸盐水凝胶自身存在的缺陷，例如其在机体内表现的缓慢的生物降解，不易被细胞识别和黏附以及传统离子交联凝胶方式下所表现的凝胶结构不稳定等，限制了其在骨组织工程中的应用。因此，为实现其骨缺损治疗的应用，需要设计海藻酸盐水凝胶体系，包括改良的生物可降解性、交联方式的选择及复合水凝胶的构建等。  \n\n2.1.2   改良的生物可降解性   理想的组织工程细胞支架材料应随着组织再生的进程逐渐生物降解，过快的降解将导致细胞支架的崩塌，而过缓的降解将阻碍组织的正常修复，因为细胞只能将矿化基质沉积到其直接的周围环境中 [19]。一般生理情况下，因为缺乏降解海藻酸盐水凝胶的酶，哺乳动物体内的海藻酸盐水凝胶是难以降解的。有研究通过放射性定位实验发现，海藻酸盐进行肾脏清除的分子质量阈值约为 $48~\\mathsf{k D}^{[20]}$ ，市售的海藻酸盐分子质量为 $3.2\\substack{-400.0\\mathsf{k D}}$ ，所以即使完成了植入部位的生物降解，大分子质量的海藻酸盐分子也将汇集在脉管系统中难以酶解或排出，影响其远期安全性。因此，增强其生物降解性以及小分子质量化海藻酸盐是其组织工程应用的重要考虑因素。  \n\n最近的研究指出，海藻酸盐的氧化可以提高其生物降解性，高碘酸盐是其常用的氧化剂[21]。在一项海藻酸钠的氧化研究中，BALAKRISHNAN 等 [22] 通过在水 - 乙醇溶液和水溶液两种介质中使用高碘酸钠氧化海藻酸钠，发现在两种溶液介质中，海藻酸钠水凝胶随着氧化的进行而裂解，并且裂解产物的重均摩尔质量随着氧化体系中高碘酸钠浓度的增加而降低。在此氧化系统中，氧化和低分子质量化是一个协同的过程，是潜在的改性策略。另外，γ 射线照射也能够降低海藻酸盐分子质量，提高其在机体内的降解速率 [23]。以上 2 种提高海藻酸盐水凝胶生物降解性的方法都伴随着海藻酸盐主链的缩短，实现了小分子质量化，有利于海藻酸盐材料在机体内生物降解后的代谢排出，提升了其远期生物安全性。  \n\n2.1.3   交联方式   离子交联和共价交联是海藻酸盐水凝胶主要的两种凝胶方式。一般情况下，离子交联凝胶方式能在安全温和的条件下成胶。海藻酸盐( 主要是海藻酸钠) 与 ${\\mathsf{C a}}^{2+}$ 交联形成离子交联型水凝胶，其机制在于 ${\\mathsf{C a}}^{2+}$ 与海藻酸盐中的 4 个 G 残基进行配位，形成典型的“蛋盒”结构 [24]。除 ${\\mathsf{C a}}^{2+}$ 以外， $Z n^{2+}$ 、${\\mathsf{B}}{\\mathsf{a}}^{2+}$ 、 $\\mathsf{S r}^{2+}$ 和 ${\\mathsf{C u}}^{2+}$ 等二价金属离子也可以与海藻酸盐反应形成水凝胶 [25-27]。在体内液体环境下，离子交联型水凝胶容易因为二价金属阳离子的浸出从而导致水凝胶机械强度降低甚至水凝胶的解体 [28-29]，并且离子交联的凝胶方式容易因为快速地凝胶化而导致不均质水凝胶的产生，所产生凝胶的机械性能也难以控制 [30-31]，而有研究表明，凝胶不同的机械性能会导致不同的细胞谱系分化行为 [32]。一般来说，随着离子浓度的增加，离子交联型水凝胶的机械强度也会增加 [33-35]，但需要注意的是，已有证据表明，过高的离子浓度会表现出细胞毒性 [36]。为解决以上问题，不同的解决方案被提出。DIAZ-RODRIGUEZ 等 [37] 制备了 ${\\mathsf{C a}}^{2+}$ 交联水凝胶，在海藻酸钙水凝胶中加入了 $\\mathsf{C a C O}_{3}$ 晶体，$\\mathsf{C a C O}_{3}$ 的存在可以改善海藻酸盐水凝胶的长期稳定性，因为碳酸钙晶体的部分溶解会导致 ${\\mathsf{C a}}^{2+}$ 离子的释放，从而促进海藻酸盐凝胶的形成。SUN 等 [38] 通过原位缓慢释放 ${\\mathsf{D}}-$ 葡萄糖酸 $-d-$ 内酯水解产生的二价离子，成功交联了多巴胺修饰的海藻酸钠复合水凝胶，缓释的二价阳离子能使海藻酸盐形成均质的水凝胶，其中的羟基磷灰石可以帮助稳定水凝胶网络。基于相同的原理，其他能够提供缓释阳离子的成分，如磷酸钙等，也用于海藻酸盐复合水凝胶的添加材料以保持凝胶结构的稳定性。  \n\n共价交联型海藻酸盐水凝胶是海藻酸盐分子通过共价键结合形成的水凝胶，相比于离子交联型水凝胶，能够减少因离子浸出而导致的凝胶结构问题。共价交联型水凝胶同样存在着局限性，例如在制备共价交联型水凝胶的过程中，应该选择合适的交联剂和交联体系，以避免或减少因为有毒交联剂 ( 如四官能团聚酰胺胺 [39]) 的使用而造成的不良反应。基于仿海底贻贝黏附的设计，LEE 等 [40] 通过共价交联制备形成了海藻酸盐 - 邻苯二酚水凝胶，其细胞毒性小，可忽略，在流变测试下显示出均一的力学性能；相比于海藻酸钙水凝胶，海藻酸盐 - 邻苯二酚水凝胶在水溶液条件下具有更高的稳定性，并且在此凝胶中，通过调节凝胶中的海藻酸盐 - 邻苯二酚的质量分数，可实现对机械强度的调节。  \n\n因此，离子交联与共价交联的凝胶方式各有其优势和局限性，所以在设计构建水凝胶体系时需要结合所需功能进行综合考量。  \n\n2.1.4   海藻酸盐复合水凝胶   人体骨组织由约 $70\\%$ 的无机物和约$30\\%$ 的有机成分组成，从材料的角度考虑，骨为复合材料 [41]。羟基磷灰石是骨组织主要的无机物成分，基于仿生设计，羟基磷灰石常被加入水凝胶材料中以构建复合水凝胶体系，在骨缺损修复的初期，骨组织就能从修复材料中获得所需的钙源。在此体系中，羟基磷灰石浸出的 ${\\mathsf{C a}}^{2+}$ 可以帮助海藻酸盐水凝胶保持结构的稳定，还可以作为其他二价阳离子的载体，例如具有促进细胞成骨活性的 $S r^{2+[42]}$ 。另外，其他组分也被选择性地加入构建海藻酸盐复合水凝胶，以实现其特定的功能，如透明质酸作为细胞识别的位点，可以参与CD44 介导的细胞识别与黏附[43]，弥补天然海藻酸盐水凝胶在细胞识别和黏附中的不足，刺激结缔组织的修复；明胶来源于胶原蛋白，可以用来模拟正常骨组织细胞外有机成分[44]；壳聚糖凝胶带有正电荷，可以构建通过静电相互作用组装分层凝胶 [29]，也可以提供抗菌性能等。  \n\n2.2   海藻酸盐水凝胶修复骨缺损   在临床工作中，骨缺损的修复是一个复杂的问题，例如缺损的大小各异，形状不同，缺损所在的骨的生理功能也不一样。不同的骨缺损修复，需要修复体系具有不同的功能，如细胞、生物活性因子、药物的递送和承重等。  \n\n<html><body><table><tr><td>0细胞、生物活性因子、药物的控制性递送</td></tr><tr><td>O海藻酸盐水凝胶联合高强度支架修复骨缺损</td></tr><tr><td>·金属支架</td></tr><tr><td></td></tr><tr><td>·骨水泥</td></tr></table></body></html>  \n\n2.2.1   细胞、生物活性因子、药物的控制性递送   在一般情况下，骨组织固有的自我修复能力，使得骨组织能够在一定情况下完成缺损的自身修复 [45-46]。但在某些特殊情况下，例如临界性骨缺损时，骨组织难以完成自身修复。骨组织的再生修复是细胞与细胞基质、生物活性因子、药物等环境因素共同作用的结果，控制性地向骨缺损部位输送细胞和药物等生物活性物质以协助骨缺损修复是现阶段骨组织工程的常用策略。运用海藻酸盐水凝胶及其复合水凝胶温和、低机械强度的特点，在植入时能够避免对周围组织的侵入，同时完成目标细胞、生物活性因子以及药物的递送。  \n\n以骨髓间充质干细胞为代表的间充质干细胞是骨缺损治疗中常用的、能够进行成骨分化的细胞 [47]，同时，也被认为是骨缺损细胞疗法的金标准。有研究证据表明，利用简单的海藻酸钙水凝胶作为细胞包裹基质，向骨缺损部位输送间充质干细胞是一种有效的骨缺损修复促进途径[48]，见图3。  \n\n海藻酸盐 / 透明质酸复合水凝胶在细胞输送中以促进骨组织修复过程中体现出与简单海藻酸钙水凝胶类似的性能[43]。有研究利用海藻酸盐甲基丙烯酸甲酯、多巴胺、RGD 短肽和羟基磷图注：图A 为植入间充质干细胞负载的海藻酸钙水凝胶后大鼠肋骨缺损处的X 射线影像，从左到右分别为植入即刻、植入后2 周、4 周、8 周的影像，植入2 周，骨缺损区内无明显变化，植入后 4 周，缺损部位开始出现骨质痕迹，植入后 8 周，缺损部位大部分充满骨质，缺损两端相接；B 为对照组，植入的海藻酸钙水凝胶中不含间充质干细胞，缺损部位始终未见明显骨质修复，缺损两端逐渐封闭并硬化  \n\n![](images/8337a57427201f84c30e9afd7eea9432d411f5e25049e2ad5e87b4164796dd2b.jpg)",
        "category": " Results and discussion"
    },
    {
        "id": 11,
        "chunk": "# 图3 ｜间充质干细胞负载的海藻酸盐水凝胶促进肋骨大节段缺损修复[48]  \n\n灰石合成了光交联的海藻酸基黏合剂水凝胶 [49]，并用其向免疫缺陷小鼠体内输送牙龈间充质干细胞，在异位成骨实验中形成了与天然骨相似的矿化结节。因此，基于细胞输送的治疗是骨缺损修复的有效途径。  \n\n目前，已经有多种生物活性因子，如骨形成蛋白、血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子和转化生长因子 β 等，在研究中被用于促进骨组织再生。骨形成蛋白能促进间充质细胞定向分化为成骨细胞，是体内诱导骨和软骨形成的细胞因子，其中在骨缺损修复中最常用的是骨形成蛋白2。在一项大鼠股骨临界性骨缺损的修复实验中，KOLAMBKA 等 [50] 用纳米纤维网状管和海藻酸钠水凝胶构建了一种复合生长因子输送系统，纳米纤维网状管单独或在没有重组人骨形成蛋白 2 的海藻酸盐水凝胶存在下，不足以桥接大鼠股骨 $8\\:\\mathsf{m m}$ 的节段性缺损，而在海藻酸盐水凝胶中输送重组人骨形成蛋白 2 显著增加了骨形成，形成了完全性的骨桥接。另外，CHEN 等 [51] 的研究表明骨形成蛋白 7 能够促进人真皮成纤维细胞的成骨作用，并证实海藻酸盐水凝胶可以用于负载表达骨形成蛋白7 的腺病毒，实现基因治疗。  \n\n氧、微量营养物质等在组织中扩散的距离有限，因此，血管化在成功构建工程组织中起着关键性作用。血管内皮生长因子是一种强有力的血管生成因子，通过刺激内皮细胞的迁移和增殖，在血管网络的形成中起促进作用。KAIGLER 等[52] 研究发现，海藻酸钙水凝胶负载血管内皮生长因子的应用促进了早期的血管生成，而在较晚的时间点，它促进了骨的再生，并且这种结果可能来自于通过血管内皮生长因子的促进血管生成的作用，间接影响骨的愈合和成熟。  \n\n骨组织的再生涉及到多种生物活性因子的作用，这提示了适当递送多种生物活性因子可能是有效组织工程策略的前提。然而，在组织重建过程中，协调的生物“信号”并不是同时进行两种或更多种的活性因子同时递送那么简单[53-54]。例如，骨形成蛋白的作用存在于骨再生的各个阶段中，而血小板衍生生长因子主要作用在骨再生的早期，Bayer 等 [55] 设计了海藻酸盐水凝胶 / 磷酸钙复合支架以控制性释放骨形成蛋白 2 和血小板衍生生长因子 BB，证实，早期的血小板衍生生长因子 BB 递送能够有效地刺激支架的细胞浸润，且并不对延后释放的骨形成蛋白 2 的促进成骨细胞分化的能力产生抑制，证明了顺序释放的血小板衍生生长因子 -BB 和骨形成蛋白 2 有可能协同促进骨再生过程。  \n\n另外，海藻酸盐水凝胶可以作为生物活性物质和细胞相互作用的体系，用于生物活性物质与细胞的反应，并且可以实现生物活性物质与细胞的一起递送。在一项体外实验中，SEVARI等 [56] 在海藻酸盐水凝胶中加入了生物活性玻璃微粒和基质胶，结果表明，生物活性玻璃微粒和基质胶的浓度越高，牙髓干细胞成骨基因骨钙蛋白、矮小相关转录因子 2 和碱性磷酸酶的表达水平越高，矿化程度越高。GE 等 [57] 在海藻酸盐水凝胶中加入了基底膜蛋白、人胎盘Ⅳ型胶原、层粘连蛋白以及硫酸软骨素来模拟细胞外基质，发现，在含有骨形成蛋白 2 和基底膜蛋白的水凝胶微珠中发现了矿物质结节，且基底膜蛋白装载的微珠中的矿化结节更多，而在小鼠颅顶的临界性骨缺损植入中，含有骨形成蛋白 2 和基底膜蛋白的水凝胶微珠负载人间充质干细胞都有新生类骨组织，但无骨形成蛋白2 和基底膜蛋白的水凝胶微珠组则未见。  \n\n因此，海藻酸盐水凝胶在骨组织修复中的应用是因为其能够用作选择性地递送细胞、生物活性因子、药物等的载体。在递送过程中，海藻酸盐水凝胶保持了递送物质的生物活性，并且能够实现细胞、生物活性物质、药物的组合递送，时间顺序缓释等功能，见表1。  \n\n表1 ｜海藻酸盐水凝胶用作细胞、生物活性因子、药物的递送载体  \n\n\n<html><body><table><tr><td>递送体系</td><td>细胞</td><td>生物活性因子</td></tr><tr><td>海藻酸钙</td><td>骨髓间充质干细胞</td><td></td></tr><tr><td>海藻酸钙/明胶</td><td>间充质干细胞</td><td></td></tr><tr><td>海藻酸基黏合剂水凝胶/羟基磷灰石牙龈间充质干细胞-</td><td></td><td></td></tr><tr><td>海藻酸钙／明胶/羟基磷灰石</td><td>前成骨细胞</td><td>一</td></tr><tr><td>海藻酸钙/聚己内酯</td><td></td><td>重组人源骨形成蛋白2</td></tr><tr><td>海藻酸钙</td><td>一</td><td>血管内皮生长因子</td></tr><tr><td>海藻酸钙</td><td>一</td><td>基质细胞衍生因子1α</td></tr><tr><td>海藻酸钙／肝素微粒</td><td></td><td>血管内皮生长因子、骨</td></tr><tr><td>海藻酸钙/磷酸钙</td><td></td><td>形成蛋白2 血小板衍生生长因子</td></tr><tr><td>海藻酸钙/胶原蛋白膜</td><td>骨髓基质细胞</td><td>BB、骨形成蛋白2 骨形成蛋白2</td></tr><tr><td>海藻酸钙</td><td></td><td>骨髓间充质干细胞骨形成蛋白2、转化生</td></tr><tr><td>海藻酸钙/壳聚糖</td><td>人间充质干细胞</td><td>长因子β3 骨形成蛋白2</td></tr><tr><td>海藻酸钙/壳聚糖/磷酸钙</td><td>人真皮成纤维细胞</td><td>一</td></tr><tr><td>海藻酸钠／明胶/羟基磷灰石</td><td></td><td></td></tr><tr><td>海藻酸钠/壳聚糖/硫酸软骨素</td><td></td><td></td></tr></table></body></html>  \n\n海藻酸盐水凝胶的机械强度是凝胶成分、凝胶浓度及交联方式等条件综合的结果，但无论采用哪种途径，目前的海藻酸盐水凝胶都难以满足承重骨缺损修复所需要的机械强度。在修复体系中引入具有高机械强度的支架，例如金属支架、骨水泥、高强度聚合物等，使复合的海藻酸盐水凝胶体系能够表现更优的机械性能，对于大节段骨缺损( 由其是承重骨缺损) 的修复是必需的。  \n\n<html><body><table><tr><td>递送体系</td><td>药物</td><td>作用</td><td>参考文献</td></tr><tr><td>海藻酸钙</td><td></td><td>促进肋骨再生</td><td>[48]</td></tr><tr><td>海藻酸钙/明胶</td><td></td><td>促进骨缺损处的血管形成和[43] 骨再生</td><td></td></tr><tr><td>海藻酸基黏合剂水凝胶/羟基磷- 灰石</td><td></td><td>促进颌面部骨再生</td><td>[49]</td></tr><tr><td>海藻酸钙/明胶/羟基磷灰石</td><td></td><td>增强成骨细胞粘附和增殖</td><td>[58]</td></tr><tr><td>海藻酸钙/聚己内酯</td><td></td><td>形成临界性骨缺损的完全性[50]</td><td></td></tr><tr><td>海藻酸钙</td><td></td><td>骨桥接 增强血管再生和骨再生</td><td>[52]</td></tr><tr><td>海藻酸钙</td><td></td><td>招募内源性细胞进行骨缺损[59]</td><td></td></tr><tr><td>海藻酸钙／肝素微粒</td><td></td><td>修复 促进骨缺损处的血管再生和[53]</td><td></td></tr><tr><td>海藻酸钙/磷酸钙</td><td></td><td>骨再生 促进骨缺损处的骨再生</td><td>[55]</td></tr><tr><td>海藻酸钙/胶原蛋白膜</td><td></td><td>加速骨缺损愈合</td><td>[60]</td></tr><tr><td>海藻酸钙</td><td></td><td>促进骨缺损周围的骨形成</td><td>[54]</td></tr><tr><td>海藻酸钙/壳聚糖</td><td></td><td>加速骨缺损周围矿化及骨缺[57]</td><td></td></tr><tr><td>海藻酸钙/壳聚糖/磷酸钙</td><td></td><td>损修复 多西环素牙龈吓啉单胞菌和金黄色葡[61]</td><td></td></tr><tr><td>海藻酸钠/明胶/羟基磷灰石</td><td></td><td>萄球菌抗菌性 环丙沙星大肠埃希菌和金黄色葡萄球[62]</td><td></td></tr><tr><td>海藻酸钠／壳聚糖／硫酸软骨素 Sr*</td><td></td><td>菌抗菌性 促进骨缺损周围的骨形成</td><td>[63]</td></tr></table></body></html>\n\n表注：“递送体系”栏列举了海藻酸盐及其复合体系的组成情况；“细胞”“生物活性因子”“药物”栏表示在“递送体系”中选择性递送的物质；“作用栏”表示在“递送体系”和选择性递送物质的组合在体外和 ( 或 ) 动物实验中所表现出来的对于骨缺损修复的作用；“-”为不清楚  \n\n一个稳定的机械环境是必要的 [64]，并且承重骨缺损所需的早期承重也是必须考虑的问题。  \n\n金属支架：目前运用于体内的金属植入物主要为钛合金，其与机体能够较好的相容，但是骨整合能力欠缺，可能出现无菌性松动 [65]。裸钛 (Ti) 材料表现出一定的生物惰性，这阻止了生物分子的粘附，基于此问题，MUDERRISOGLU 等 [66] 开发了一种新型的由藻酸盐水凝胶，多孔 $\\mathsf{C a C O}_{3}$ 生物陶瓷和活性酶碱性磷酸酶组成的钛表面纳米结构生物活性涂层，对钛 (Ti) 表面进行改性，以构建骨刺激界面。在此涂层中，释放的碱性磷酸酶和 ${\\mathsf{C a}}^{2+}$ 增强了成骨细胞 MC3T3 的分化和增殖，并使其保持了良好的成骨活性，这表明海藻酸盐水凝胶良好的生物活性分子负载特性是促进界面骨整合的潜在途径。  \n\n2.2.2   海藻酸盐水凝胶联合高强度支架修复骨缺损   为周围组织提供机械支撑及承重是骨的重要生理功能。在骨缺损修复中，  \n\n虽然金属支架能够提供机械支撑，但骨再生不足时，骨缺损也难以愈合，基于此，生物活性分子、细胞等被引入钛合金支架中，以促进骨再生和骨长入。KUMAR 等[58] 在钛合金 $(\\mathrm{Ti}_{6}\\mathsf{A l}_{4}\\mathsf{V})$ 支架中引入负载了前成骨细胞 (MC3T3-E1) 的海藻酸盐 / 明胶 /羟基磷灰石凝胶，在该体系中，细胞具有良好的存活率，并且表现出相比于对照组( 孔板表面) 更高的碱性磷酸酶活性。因此，钛合金以及海藻酸盐水凝胶复合体系在提供良好机械支撑的同时，也是良好的细胞输送载体。  \n\n骨水泥：是骨科临床工作中常用的植入物，具有较高的机械强度，广泛用于骨缺损填充、感染控制和骨科移植物锚定。磷酸钙基骨水泥可以模制和原位注射形成支架，具有良好的骨传导性和生物可降解性 [67-68]。但是其存在着一些缺陷，例如不耐冲洗和较低的生物活性。XU 等 [69] 的研究数据表明，在海藻酸盐水凝胶 / 磷酸钙骨水泥复合支架中，骨水泥体内降解过程中释放的 ${\\mathsf{C a}}^{2+}$ ，为海藻酸盐凝胶结构的保持提供了二价金属阳离子，并且海藻酸盐凝胶的加入提高了骨水泥的耐冲洗性能，在体外细胞相容性实验中，骨水泥 / 海藻酸盐水凝胶组表现出了更高的人骨髓间充质干细胞增殖活性。  \n\n在复合体系中，海藻酸盐水凝胶也可以用于细胞、药物的递送。QIU 等[61] 合成了壳聚糖/ 磷酸钙骨水泥/ 多西环素支架，在体外实验中表现出超过 3 周的抗生素释放，并且呈现出随剂量增长的对牙龈卟啉单胞菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性能。掺入复合支架的海藻酸盐水凝胶微珠负载了人牙周膜干细胞，表现出成骨谱系分化，有望应用于颅面、骨科中的感染性骨缺损的修复。  \n\n因此，在大节段骨缺损时，尤其承重骨缺损时，需要具有高机械强度的植入物以提供机械支撑。海藻酸盐水凝胶体系的加入可以提供生物活性因子、细胞等，并且增强了植入体骨整合及促进骨再生的能力，可以帮助加速骨的功能性重建。",
        "category": " Results and discussion"
    },
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        "chunk": "# 3   讨论   Discussion  \n\n3.1   既往他人在该研究领域的贡献和存在的问题   海藻酸盐水凝胶作为一种天然的、可再生的生物材料，被广泛应用于外科敷料、组织工程材料。海藻酸盐水凝胶复合体系拥有合适的机械强度、生物活性及可降解性，在一定程度上能够适应骨组织工程的需要。良好的细胞包裹及生物活性物质输送性能使得各种细胞、药物和生物因子的组合输送得以实现。目前的海藻酸盐水凝胶复合体系尚值得更多的探索，如在凝胶方式中探索中，寻找到更优的骨组织工程材料解决方案，以更多地满足理想的组织工程材料的需求；对于细胞、生物活性因子和药物的更优组合，以获得更好的骨缺损修复结果；对于生物活性因子、药物的剂量进行优化，以减轻不良反应及减少治疗费用问题等。虽然在已有的部分报道中，以海藻酸盐水凝胶为基质的骨组织修复体系实现了骨缺损的完全的骨性修复，取得了令人兴奋的结果，但是目前基于海藻酸盐水凝胶及其复合体系修复骨缺损的实验研究集中在小、中型动物上，尚缺乏更新的足够的大型动物实验结果，基于临床的试验也值得更多的深入研究。总的来说，海藻酸盐为骨组织工程修复骨缺损提供了潜在的途径，但其实际服务于临床前，尚需更多的探索。对于海藻酸盐水凝胶作为一种骨组织工程材料的研究原著较多，且基本表现为海藻酸盐水凝胶体系对骨缺损修复的促进作用，但综述类研究相对较少。  \n\n3.2   作者综述区别于他人他篇的特点   对于海藻酸盐水凝胶修复骨缺损的综述，不论是中文还是英文的相类似的文献都较少，且中文的同题材综述年代久远，资料尚需更新；文章从海藻酸盐水凝胶及其复合凝胶的简单介绍，海藻酸盐水凝胶的设计策略 ( 以适应骨组织工程对骨缺损修复的需求 )，目前海藻酸盐水凝胶修复骨缺损的研究情况等几个大方面对“海藻酸盐水凝胶修复骨缺损”进行了较为系统的综述，能够总结现阶段的发展情况并为以后的研究与应用提供指导，同时也对“海藻酸盐水凝胶修复骨缺损”的证据进行了更新和汇总。  \n\n3.3   综述的局限性   文章发现目前对于海藻酸盐水凝胶用作组织工程材料的研究集中在基础研究领域，缺乏临床试验，故不能为临床工作提供参考。  \n\n3.4   综述的重要意义   更新并汇总了目前关于海藻酸盐材料在骨组织工程研究中的实验证据，较为系统地综述了目前关于海藻酸盐水凝胶促进骨缺损修复的研究及其进展，能够为进一步的实验提供参考，同时为作为一种良好组织工程材料的海藻酸盐水凝胶吸引更多的关注。  \n\n作者贡献：文章设计者为吴丹凯、彭传刚和范谊。资料收集者为范谊。范谊、刘亚东、崔宇韬、刘贺、李少荣、田宇航和王淦撰写论文。吴丹凯和彭传刚审校。  \n\n经费支持：该文章接受了“国家自然科学基金 (81772456)、吉林省财政厅项目 (2019SCZT014) 和吉林省科技厅项目 (20200404140YY)”的资助。所有作者声明，该经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。  \n\n利益冲突：文章的全部作者声明，在课题研究和文章撰写过程不存在利益冲突。  \n\n写作指南：该研究遵循《系统综述和荟萃分析报告规范》(PRISMA声明)。  \n\n文章查重：文章出版前已经过专业反剽窃文献检测系统进行3 次查重。  \n\n文章外审：文章经小同行外审专家双盲外审，同行评议认为文章符合期刊发稿宗旨。  \n\n文章版权：文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。  \n\n开放获取声明：这是一篇开放获取文章，根据《知识共享许可协议》“署名- 非商业性使用- 相同方式共享 $4.0^{*}$ 条款，在合理引用的情况下，允许他人以非商业性目的基于原文内容编辑、调整和扩展，同时允许任何用户阅读、下载、拷贝、传递、打印、检索、超级链接该文献，并为之建立索引，用作软件的输入数据或其它任何合法用途。",
        "category": " Results and discussion"
    },
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        "id": 13,
        "chunk": "# 4   参考文献   References  \n\n[1] HO-SHUI-LING A, BOLANDER J, RUSTOM LE, et al. Bone regeneration strategies: engineered scaffolds, bioactive molecules and stem cells current stage and future perspectives. Biomaterials. 2018;180: 143-162.  \n\n[2] SHAKYA AK, KANDALAM U. Three-dimensional macroporous materials for tissue engineering of craniofacial bone. Br J Oral Maxillofac Surg. 2017;55(9):875-891.   \n[3] TOURNIER P, GUICHEUX J, PARE A, et al. A partially demineralized allogeneic bone graft: in vitro osteogenic potential and preclinical evaluation in two different intramembranous bone healing models. Sci Rep. 2021;11(1):4907.   \n[4] DIMITRIOU R, MATALIOTAKIS GI, ANGOULES AG, et al. Complications following autologous bone graft harvesting from the iliac crest and using the RIA:A systematic review. 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