PLA/PLGA共聚物在组织工程中的应用

组织工程学作为医学生命科学领域中极具发展潜力与挑战的前沿科技领域之一，因其具备修复创伤、重建功能的独特优势，以及蕴含的巨大社会和经济价值，在学界广受关注。该领域的核心要素涵盖种子细胞、生物材料以及组织构建三个方面。其中，组织工程支架材料作为一类能够与组织活体细胞相结合并可植入生物体的材料，充当着种子细胞在形成组织之前赖以生存的三维支架，为细胞的增殖、分化、营养交换、新陈代谢以及细胞外基质分泌等生理活动提供必要的空间场所。

近年来，聚乳酸（Polylactic acid，PLA）和聚乳酸-羟基乙酸共聚物「Poly (lactic-co-glycolic) acid，PLGA」凭借良好的生物相容性、可降解特性，以及兼具支架和缓释的双重功能，成为组织工程生物材料领域的重要研究方向[1]。本文旨在对PLGA共聚物在组织工程研究中的应用进行综述。

PLGA的分子量可以根据共聚物中LA和GA单体的比例和摩尔质量来调节。当分子量低于5000时，PLGA在室温下是粘稠状，分子量越低越粘。分子量在5000-10000的PLGA在室温下容易结成块状。分子量在10000-15000的PLGA可以呈现为粉末状。分子量超过15000的PLGA通常是不规整的颗粒。一般来说，用于制备体内长期植入物的PLGA分子量至少大于30,000 Da，而中等分子量（如5000~30,000 Da）的PLGA则适合制备细胞多孔支架或者缝合线。

PLGA的降解是因为其主链中酯键的水解作用，其降解产物是乳酸和乙醇酸。在体内，PLGA会先分解成单体乳酸进入三羧酸循环，而乙醇酸由肾脏排出或由三羧酸循环代谢而消除。PLGA共聚物的降解速度受多种内外因素影响:

（1）相对分子质量及其分布。相对分子质量分布大则相应地末端羧基基团多，可以促进聚合物自动催化降解；而相对分子质量分布窄的聚合物因其末端羧基基团含量少，降解速度减慢；

（2）LA/GA比例。PLGA的性能会随LA/GA摩尔比例的不同而发生改变。研究显示，LA比例越高，PLGA的降解速率越慢；当LA：GA的比例为10:90时，其降解时间可在3-6个月，而当LA的比例提高到20以上，降解时间会提高到12-24个月，同时共聚物具有更高的机械强度和较低的柔韧性，反之亦然[3]。

（3）酸碱性对PLGA降解速度的影响。有学者发现PLGA共聚物体外降解产生乳酸，致使局部p H值下降，产生自身催化现象，加快降解速度[4]。Maulding等[5]研究认为，共聚物中含有的酸性叔氨化合物甲硫哒嗪可以加速微球的降解，碱性化合物能结合羧基基团，从而降低了降解速度。因此，在PLGA共聚物的制备与设计方面，应该将酸性或碱性化合物的影响纳入设计考量；

（4）PLGA材料的形状对其降解的影响。Pistner等[6]报道，用同一批PLGA材料在老鼠皮下植入两种类型的植入体，一种是半结晶态的开放结构，另一种是无定形、紧密的结构。结果表明:塑形材料的降解与无定形和晶体形材料的降解行为不同，在无定形材料中，形成共聚物材料的半晶体容许低分子成分通过无定形状态降解，而塑形材料则不能通过，其主要是通过自催化降解；对半晶体聚酯而言，降解首先发生在无定形区，然后才是晶形区。

在组织工程中良好的载体材料应该具备:

（1）能完全降解，降解的速度必须与植入的种子细胞再生的速度相匹配；

（2）良好的生物相容性，无毒、不致畸，有利于细胞的黏附、增殖；

（3）孔隙率>90%，孔径100~500μm，具备三维立体多孔结构，孔隙交通、材料随新生组织长入逐步降解，从而有利于血管的长入并能承受一定的应力；

（4）能维持种子细胞的结构和表型，有效的表面活性，并为细胞在其表面生长、增殖和分泌基质提供良好的微环境，能激活细胞特异基因表达，维持正常细胞的表型表达，诱导组织形成；

（5）生物材料研究还必须与组织构建紧密结合，组织构建是组织工程生物材料应用的最终目标，组织构建过程中出现的许多问题也有赖于生物材料的研究进展；

（6）材料的化学性质和处理技术决定了载体材料最大的功能性质，因此生物材料应该具有一定的可塑性，便于加工成形，并有一定的机械强度，在植入体内一定时间内仍可保持形状，从而使形成的组织具有所需的外形[7-8]。

PLGA共聚物之所以成为组织工程的良好的高分子、可降解载体材料，就是因为它满足了组织工程对生物材料的基本要求。

近年来，可降解生物材料的高速发展，促使聚乳酸类高分子材料在医学上得到广泛应用，如手术缝合线[9]、药物控制释放体系[10]、骨科固定[11]及组织修复材料[12]等，成为目前应用最广的细胞支架生物材料之一，已被美国食品与药品管理局（FDA）收录入药典[13]。

PLGA共聚物最早应用于骨科和牙科，之后发现PLGA具有良好的组织相容性，能保护生物蛋白免遭各种酶的破坏，同时具有药物缓释作用，可长期维持病变局部的有效药物浓度，故近年来已成为药剂学药物缓释系统研究的重点方向[14]。

PLGA共聚物也可为组织细胞提供支架作用，诱导组织因子的产生或释放作用，故被广泛地应用到肿瘤科、创伤修复美容科、神经科、皮肤科以及其他各个临床学科。Stoll等[15]借助PLGA的三维支架结构，研究其在治疗肌腱断裂愈合中的作用，结果发现PLGA的三维支架能够为肌腱细胞及细胞基质提供良好的生长空间，促进肌腱细胞的生长或再生，减少肌腱黏连，促进肌腱愈合。

PLGA共聚物作为良好的高分子、可降解的生物材料已在组织工程的支架材料中被广泛应用。

Kang等[16]将含有家兔软骨细胞的少孔PLGA微球和多孔PLGA微球分别注射入裸鼠皮下，植入6周后，两组均形成白色坚固的软骨组织，取材后发现，多孔PLGA微球横断面积显著高于少孔PLGA微球的横断面积，并且多孔PLGA微球组中的黏多糖与胶原蛋白含量明显高于少孔PLGA组。研究显示，开放多孔的PLGA微球有利于软骨的再生，可应用于组织工程的软骨组织构建。

骨形成蛋白（Bone morphogenetic protein，BMP）可诱导未分化间充质细胞不可逆地分化为软骨细胞和成骨细胞，是骨缺损修复重建的重要生长因子。单纯给予BMP，会在机体内很快发生流失、降解和吸收，不能有效地发挥其骨诱导作用，故常用人工合成的PLA/PLGA生物材料作为支架材料结合BMP运用于骨再生的研究。

Kenley等[17]进行了小鼠颅骨缺损的修复，将BMP/PLGA-MS植入直径为8 mm的颅骨缺损处，21 d后可见植入区内外骨板及骨髓组织形成，且新骨可保持颅骨正常凸度。

Li等[18]制成一种直径500~800 nm的乙交酯/丙交酯共聚物（Polylatic-glycolic acid copolymer，PLGAC）超微纤维的高度多孔支架，其孔隙率达90%以上，力学性能良好，形态类似于活组织的细胞外基质，除了能显著提高细胞的黏附性能和增殖能力外，还能很好地保持细胞的形态并引导细胞按纤维方向定向生长。该细胞支架与细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）结构类似，有良好的生物相容性，达到了细胞支架的设计要求，是组织工程中的生物材料的良好选择。

王共先等[19]研究了MSC复合PLGA支架对损伤皮肤组织的修复效果，将细胞支架复合物（孵育12 h）及PLGA支架分别移植于兔皮肤创面，术后4周创面移植物大体观察发现，单纯使用PLGA材料的创面收缩明显且新生皮肤上兔毛生长较少；而使用MSC-PLGA复合物修复的创面收缩不明显，且外观上基本接近正常皮肤。

组织学结果显示移植了MSC-PLGA复合物形成的新生皮肤结构和正常皮肤基本相同，形成了正常的表皮层、皮下组织层及真皮层，并可见有皮肤附属器—毛发、皮脂腺、汗腺等形成；仅移植了PLGA支架形成的新生皮肤也可见有表皮层、皮下组织层及真皮层的形成，但真皮层内可见增厚的纤维瘢痕，且除少量毛发外未见其他附属器的形成。  

这些研究彰显出PLGA复合种子细胞的组织工程在骨、软骨、皮肤的再生等方面良好的临床应用前景，但是在应用中出现的诸如降解不均匀，降解速度与组织生成速度不协调、局部降解产生的酸性物质引起炎症及吸水性差、对细胞吸附能力弱等问题阻碍了PLGA在组织工程研究中的进一步应用，有待于对其进行更为深入的研究。