2.1   壳聚糖生物材料的功能性   近年来，由于自体骨移植的供应不足，骨移植替代物由于其具有无限可用性、无疾病传播风险和并发症少见的优点成为治疗感染性骨缺损的热门[23]。壳聚糖生物材料由于骨传导性、抗菌性作为骨修复替代物被越来越多的人认可。
2.1.1   骨传导性   骨缺损的修复取决于多种因素，例如：骨祖细胞的增殖、骨生长因子(骨形态发生蛋白和血管内皮生长因子)和骨形成标记物(骨钙蛋白、骨连接蛋白、骨桥蛋白、碱性磷酸酶和蛋白聚糖)[24-25]。在骨组织工程中，骨替代品在损伤部位为细胞的黏附、生长和增殖提供的支持尤为重要。如前所述，由于壳聚糖具有类似天然细胞外基质的成分糖胺聚糖，创造了细胞生长的局部微环境，对成骨细胞的增殖、分化和矿化具有支持作用。因此在骨组织工程中，通常将壳聚糖作为骨传导材料和其他生物材料(如金属离子、纳米羟基磷灰石、氧化石墨烯和生物活性物质等)结合进一步促进骨再生[26]。在壳聚糖/明胶中加入羟基磷灰石和纳米生物活性玻璃显著改善了人骨肉瘤成骨样细胞的黏附和增殖[27]。在壳聚糖/明胶支架中加入氧化石墨烯不仅可以促进成骨细胞的分化，还能增强蛋白质吸附、生物矿化和可控降解，促进大鼠胫骨缺损愈合，在骨组织工程中有潜在的应用能力[28]。
不仅如此，还可以通过将壳聚糖和化学聚合物结合形成支架来促进骨再生。YE等[29]采用融合沉积建模技术制备了聚羟基丁酸联合羟基戊酸酯/半水硫酸钙3D打印支架并在支架表面涂覆壳聚糖溶液，在干燥中和后，壳聚糖水凝胶在支架表面形成聚羟基丁酸联合羟基戊酸酯/半水硫酸钙/壳聚糖支架；与单纯半水硫酸钙和聚羟基丁酸联合羟基戊酸酯/半水硫酸钙支架相比，聚羟基丁酸联合羟基戊酸酯/半水硫酸钙/壳聚糖支架可通过上调成骨基因表达水平，促进大鼠骨髓间充质干细胞的黏附和增殖，增强大鼠骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞的能力；体内实验进一步证明，聚羟基丁酸联合羟基戊酸酯/半水硫酸钙/壳聚糖支架可以有效促进新骨形成。因此，证明了将3D打印聚羟基丁酸联合羟基戊酸酯/半水硫酸钙支架与壳聚糖水凝胶相结合是一种促进成骨特性的新策略，展示了修复骨缺损的足够潜力。LU等[30]将纳米铜颗粒加入到阴离子羧甲基壳聚糖和海藻酸盐的混合物中形成一种支架，羧甲基壳聚糖比单纯壳聚糖的水溶性更好，它的加入不仅提高了整个支架作为填充材料在感染性骨缺损中促进骨形成的能力，还能协同铜离子杀死细菌修复感染。ZHAO等[31]通过仿生矿化法制备羟基磷灰石包覆的静电纺羧甲基壳聚糖纳米纤维，通过体外细胞实验发现，羧甲基壳聚糖-羟基磷灰石复合纳米纤维提高了碱性磷酸酶活性，在体内临界尺寸的大鼠颅骨骨缺损模型中，进一步证实了复合纳米纤维促进新骨形成的能力。在该研究中，羧甲基壳聚糖可以螯合Ca2+，诱导羟基磷灰石沉积；此外与电纺壳聚糖相比，羧甲基壳聚糖的水溶性更强，避免了酸性盐被去除。
2.1.2   抗菌性   创伤及术后继发感染导致的感染性骨缺损，尤其合并慢性骨髓炎的治疗一直是难题，而且依赖抗生素治疗会引发耐药性，同时对抗生素抗性菌株的处理仍然是一大问题。壳聚糖是一种天然的可生物降解无毒生物聚合物，对广泛的细菌、丝状真菌和酵母的活性具有固有的抑制作用[32]。作为抗菌材料，壳聚糖对多种病原菌具有良好的敏感性，关于其抗菌机制的研究主要包括以下3个方面[33]：第一种是带正电荷的壳聚糖分子与细胞表面带负电荷的细菌分子发生反应，从而改变了细胞的渗透性并导致营养物质停止进入细胞，或营养物质从细胞泄漏而抑制了其代谢，从而导致细菌死亡[34]；第二种是壳聚糖和细菌DNA的结合，使抑制细菌基因表达的蛋白质合成；第三种是金属螯合，壳聚糖抑制微生物生长所需基本元素的吸收，结合微生物所需的金属离子，从而达到抑菌的目的[35]。在目前的研究中，通过对壳聚糖进行修饰所获得的壳聚糖衍生物或者将壳聚糖与其他材料联用可发挥更优良的抗菌效果[36]。
基于以上理论，WANG等[37]研究了一种壳聚糖衍生物-季铵化壳聚糖作为强力的抗菌剂，和骨形态发生蛋白2形成可控制释放系统来修复感染性骨缺损，季铵化壳聚糖对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的最低杀菌浓度为40 mg/L，季铵化壳聚糖质量浓度在40 mg/L下不影响前成骨细胞的增殖，也不影响骨形态发生蛋白2诱导的碱性磷酸酶活性、骨钙素表达和基质矿化；体外释放谱显示季铵化壳聚糖呈爆发性释放，骨形态发生蛋白2呈缓慢释放，并且只在含骨形态发生蛋白2组中观察到体内骨形成，同时季铵化壳聚糖不影响仿生磷酸钙吸收和骨形态发生蛋白2诱导的骨形成，该结果表明，季铵化壳聚糖的加入使该复合物在体内外均表现出较强的抗菌作用和较强的骨诱导作用，并且作为药物载体具有较好的性能，可作为潜在的治疗感染性骨缺损的新材料。DAVID
等[38]利用壳聚糖、明胶和掺锶羟基磷灰石以生物锚定的方法制备了钛合金支架来治疗骨髓炎，对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌的抗菌性显著提高，能在足够长的时间内控制药物的释放以缓解感染，并且在壳聚糖加入后提高了该材料整体的生物相容性和生物整合性，有利于成骨。该种金属支架满足了理想的感染性缺损治疗标准，提供了一个有前景的治疗方向。
2.2   壳聚糖复合支架在感染性骨缺损中的应用   虽然壳聚糖具有生物相容性、生物可降解性、抗菌性等一系列优点，但是由于单纯壳聚糖的机械力学性能较弱、水溶性较差、生物降解率较低，通常将壳聚糖进行改性来增加其性能。该文将从涂层壳聚糖、化学修饰壳聚糖、可注射水凝胶3个方面介绍壳聚糖复合支架的应用。



2.2.1   涂层壳聚糖   在骨组织工程中，可植入生物材料的发展带动了局部可控药物释放系统的进步，极大提高了对感染性骨缺损的治疗效果。生物陶瓷、聚合物、金属离子已经被研究用于作为释放药物的载体来输送抗生素、生长因子和抗炎药物到感染部位，然而这些载体常因为药物爆发性释放或载体自身快速降解及缺乏生物相容性等缺点而限制了其应用范围。由于壳聚糖的阳离子性质，能够吸附带负电荷的细胞因子和生长因子，可保护和集中其在局部的分泌，加快愈合[39]。因此，壳聚糖和壳聚糖涂层材料特别有利于靶向肺、角膜、肠道和胃黏膜组织，壳聚糖的阳离子性质也有助于与带负电荷的核酸如DNA、RNA和siRNA及细胞膜结合。同时，壳聚糖具有良好的骨传导性和可控的生物降解性，可以通过物理吸附、化学反应、电沉积等方法实现壳聚糖在植入合金表面的涂层，以控制药物释放[40]。常见的有电沉积壳聚糖涂层结合生物玻璃可持续性地给药氨苄西林，通过壳聚糖的自身抗菌性和药物释放控制感染，并促进细胞的黏附和成骨分化。
不仅可以利用壳聚糖作为涂层，还可以利用其他材料制备双涂层来治疗感染性骨缺损。NANCY等[41]利用工业纯钛通过电泳进行双层涂层改性，其中第1层是二氧化钛和锶羟基磷灰石，第2层是吸收了万古霉素的壳聚糖/明胶涂层，通过对金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌抗菌实验及体外细胞培养研究表明，第2层即吸收万古霉素的壳聚糖/明胶涂层表面具有双重作用。该壳聚糖涂层既可以抑制细菌黏附又增强细胞在涂层上的相互作用，壳聚糖的加入不仅提高了细胞活性，还实现了对药物释放的可控性，证实了壳聚糖涂层作为治疗骨髓炎的材料很有前景。
2.2.2   化学修饰壳聚糖   由于生物分子与生物材料之间的相互作用弱，传统的表面改性技术(如物理吸附)往往无法实现生长因子的长期保留，在固定生物活性分子方面有很大的局限性[42]。另一方面，新颖的固定化策略，如涂层和等离子体处理、电沉积、分层和静电纺丝等，由于它们的多步骤过程耗时，可能导致不一致的结果与不理想的控制输送性能。因此，通过对壳聚糖生物材料进行化学改性，可使其理化性质和生理功能得到改善，常见的改性材料有季铵化壳聚糖、羧甲基壳聚糖、硫酸壳聚糖、甲基丙烯酸酯壳聚糖等。和壳聚糖相比，季铵化壳聚糖不仅可溶于水还增加了电荷密度，使其黏附性和渗透性增强，非常适合用来药物输送。羧甲基纤维壳聚糖和纳米羟基磷灰石结合后作为搭载甲状腺素来促进血管生成，并且具有良好的可折叠性和拉伸性[43]。如前所述，将壳聚糖的负电荷基团由硫酸盐基团取代后可以展现抗凝血、抗病毒和抗硬化活性，这是因为其结构和天然抗凝血肝素形似。将壳聚糖与骨形态发生蛋白2结合可以促进颅骨缺损的愈合[44]。也可通过增加季铵化壳聚糖的取代度来提高壳聚糖的细胞相容性和抗菌活性，然后利用3D打印技术将季铵化壳聚糖接枝到聚丙交酯乙交酯共聚物和羟基磷灰石形成一种具有抗感染和骨修复双重功能的复合支架，再采用甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌分别建立了感染性股骨干缺损和股骨髁缺损模型[45]，8周后季铵化壳聚糖-聚丙交酯乙交酯共聚物/羟基磷灰石组的细菌数都显著低于聚丙交酯乙交酯共聚物组、聚丙交酯乙交酯共聚物/羟基磷灰石组，细菌负荷也较该两组低，可见在加入季铵化壳聚糖后可以显著提高复合支架的抗菌性；对股骨干缺损模型周围形态学观察可以发现，在4周左右季铵化壳聚糖-聚丙交酯乙交酯共聚物/羟基磷灰石组开始有新生骨组织形成， 8周时骨缺损部位主要位于股骨干的边缘，并且骨连接不断增加；对股骨髁缺损周围形态学观察可以发现，季铵化壳聚糖-聚丙交酯乙交酯共聚物/羟基磷灰石组仅在植入后8周就出现骨长入，骨缺损较其他组愈合明显。该研究证实了此种支架具有抗菌和成骨的双重功能，季铵化壳聚糖- 聚丙交酯乙交酯共聚物/羟基磷灰石组复合支架在两种感染骨缺损模型中均表现出增强的抗感染和骨修复能力，在修复受感染的皮质和松质骨缺损方面具有潜在的应用前景。
2.2.3   可注射水凝胶   可注射水凝胶因其具有无创或微创植入的能力而广受欢迎。此外，可注射的生物材料具有填充所需形状的能力，并且易于与各种治疗药物结合，这为任何形状的骨缺损修复提供了巨大的潜力。同时，水凝胶具有高含水量和多孔结构的特点，能够很好地模拟人体组织的细胞外基质，促进营养物质和代谢废物的交换。壳聚糖在化学上类似于葡糖胺聚糖，具有良好的生物相容性和最小的组织毒性，微分子和大分子与壳聚糖游离氨基的结合促进了其在可注射水凝胶中的应用[46]。利用壳聚糖可制备不同性质的水凝胶，温敏性水凝胶、pH敏感性水凝胶，并且可提高水凝胶的机械性能、生物相容性、骨诱导性能[47]。可以利用壳聚糖/纳米羟基磷灰石/胶原形成可注射性水凝胶，搭载骨髓间充质干细胞来促进体内异位骨形成[48]，也可以利用骨保护素-壳聚糖凝胶来修复兔临界性颅骨缺损[49]。
ZHANG等[50]通过将纳米羟基磷灰石和壳聚糖结合作为可注射性复合材料来治疗兔股骨髁骨缺损，分别使用纯壳聚糖和空白修复作为对照组，术后8，12周通过X射线平片和计算机定量断层扫描检测缺陷桥接，收集组织样本进行大体观察和组织学检查，以确定新骨形成的程度；植入复合材料8周后，纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料组不规则骨组织形成较纯壳聚糖组多，术后12周纳米羟基磷灰石/壳聚糖组骨缺损完全愈合，壳聚糖组骨缺损仍可见，但缺损深度有所减少，表明了该复合材料作为骨替代物的可行性。WANG 等[51]将聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥与季铵化壳聚糖水凝胶结合搭载纳米羟基磷灰石，并在其中加入甘油磷酸盐制备了多孔聚甲基丙烯酸甲酯/季铵化壳聚糖-甘油磷酸盐/纳米羟基磷灰石温敏性水凝胶，一系列测试结果表明，季铵化壳聚糖-甘油磷酸盐温敏水凝胶产生相互连通的孔隙，并使骨水泥具有良好的抗菌活性；壳聚糖的加入使该水凝胶的抗菌性能显著增加，并且增加了材料的力学性能；同时纳米羟基磷灰石颗粒提高了骨水泥的生物矿化能力，但不影响其力学性能。
这些结果表明，由聚甲基丙烯酸甲酯/季铵化壳聚糖-甘油磷酸盐/纳米羟基磷灰石组合而成的多孔可注射多功能水凝胶，在骨骼重建方面具有良好的应用前景。

[1] LU HP, LIU Y, GUO J, et al. Biomaterials with antibacterial and osteoinductive properties to repair infected bone defects. Int J Mol Sci. 2016;17(3):334. [2] KOSKI C, VU AA, BOSE S. Effects of chitosan-loaded hydroxyapatite on osteoblasts and osteosarcoma for chemopreventative applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2020;115:111041. [3] YE YH, PANG YC, ZHANG Z, et al. Decellularized periosteum-covered chitosan globule composite for bone regeneration in rabbit femur condyle bone defects. Macromol Biosci. 2018;18(9):e1700424. [4] KJALARSDOTTIR L, DYRFJORD A, DAGBJARTSSON A, et al. Bone remodeling effect of a chitosan and calcium phosphate-based composite. Regen Biomater. 2019;6(4):241-247. [5] TAO FH, MA SJ, TAO H, et al. Chitosan-based drug delivery systems: from synthesis strategy to osteomyelitis treatment - a review. Carbohydr Polym. 2021;251:117063. [6] ZHAO DY, ZHU TT, LI J, et al. Poly(lactic-co-glycolic acid)-based composite bone-substitute materials. Bioact Mater. 2021;6(2):346-360. [7] KELLER L, REGIEL-FUTYRA A, GIMENO M, et al. Chitosan-based nanocomposites for the repair of bone defects. Nanomedicine. 2017; 13(7):2231-2240. [8] RUAN SQ, DENG J, YAN L, et al. Composite scaffolds loaded with bone mesenchymal stem cells promote the repair of radial bone defects in rabbit model. Biomed Pharmacother. 2018; 97:600-606. [9] ALIDADI S, ORYAN A, BIGHAM-SADEGH A, et al. Comparative study on the healing potential of chitosan, polymethylmethacrylate, and demineralized bone matrix in radial bone defects of rat. Carbohydr Polym. 2017;166:236-248. [10] ABUEVA CDG, JANG DW, PADALHIN A, et al. Phosphonate-chitosan functionalization of a multi-channel hydroxyapatite scaffold for interfacial implant-bone tissue integration. J Mater Chem B. 2017; 5(6):1293-1301. [11] ZHANG M, MATINLINNA JP, TSOI JKH, et al. Recent developments in biomaterials for long-bone segmental defect reconstruction: A narrative overview. J Orthop Translat. 2020;22:26-33. [12] ZHU TT, CUI YT, ZHANG MR, et al. Engineered three-dimensional scaffolds for enhanced bone regeneration in osteonecrosis. Bioact Mater. 2020;5(3):584-601. [13] AGUILAR A, ZEIN N, HARMOUCH E, et al. Application of chitosan in bone and dental engineering. Molecules. 2019;24(16):3009. [14] MOSTAFA AA, EL-SAYED MMH, MAHMOUD AA, et al. Bioactive/natural polymeric scaffolds loaded with ciprofloxacin for treatment of osteomyelitis. AAPS PharmSciTech. 2017;18(4):1056-1069. [15] KYZAS GZ, BIKIARIS DN. Recent modifications of chitosan for adsorption applications: a critical and systematic review. Marine Drugs. 2015; 13(1):312-337. [16] ZANG SQ, ZHU L, LUO KF, et al. Chitosan composite scaffold combined with bone marrow-derived mesenchymal stem cells for bone regeneration: in vitro and in vivo evaluation. Oncotarget. 2017;8(67): 110890-110903. [17] TANG YQ, WANG QY, KE QF, et al. Mineralization of ytterbium-doped hydroxyapatite nanorod arrays in magnetic chitosan scaffolds improves osteogenic and angiogenic abilities for bone defect healing. Chem Eng J. 2020;387.https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.124166 [18] AAM BB, HEGGSET EB, NORBERG AL, et al. Production of chitooligosaccharides and their potential applications in medicine. Marine Drugs. 2010;8(5):1482-1517. [19] LI HJ, HU C, YU HJ, et al. Chitosan composite scaffolds for articular cartilage defect repair: a review. RSC Adv. 2018;8(7):3736-3749. [20] LOGITHKUMAR R, KESHAVNARAYAN A, DHIVYA S, et al. A review of chitosan and its derivatives in bone tissue engineering. Carbohydr Polym. 2016;151:172-188. [21] CUI LG, ZHANG J, ZOU J, et al. Electroactive composite scaffold with locally expressed osteoinductive factor for synergistic bone repair upon electrical stimulation. Biomaterials. 2020;230:119617. [22] COVARRUBIAS C, CADIZ M, MAUREIRA M, et al. Bionanocomposite scaffolds based on chitosan-gelatin and nanodimensional bioactive glass particles: in vitro properties and in vivo bone regeneration. J Biomater Appl. 2018;32(9):1155-1163. [23] MIAO QJ, YANG SY, DING HN, et al. Controlled degradation of chitosan-coated strontium-doped calcium sulfate hemihydrate composite cement promotes bone defect repair in osteoporosis rats. Biomed Mater. 2020;15(5):055039. [24] MUNHOZ MAS, HIRATA HH, PLEPIS MAG, et al. Use of collagen/chitosan sponges mineralized with hydroxyapatite for the repair of cranial defects in rats. Injury. 2018;49(12):2154-2160. [25] WANG B, GUO YW, CHEN XF, et al. Nanoparticle-modified chitosan-agarose-gelatin scaffold for sustained release of SDF-1 and BMP-2. Int J Nanomedicine. 2018;13:7395-7408. [26] JAYASH SN, HASHIM NM, MISRAN M, et al. Formulation and in vitro and in vivo evaluation of a new osteoprotegerin-chitosan gel for bone tissue regeneration. J Biomed Mater Res A. 2017;105(2):398-407. [27] PETER M, BINULAL NS, NAIR SV, et al. Novel biodegradable chitosan-gelatin/nano-bioactive glass ceramic composite scaffolds for alveolar bone tissue engineering. Chem Eng J. 2010;158(2):353-361. [28] SARAVANAN S, CHAWLA A, VAIRAMANI M, et al. Scaffolds containing chitosan, gelatin and graphene oxide for bone tissue regeneration in vitro and in vivo. Int J Biol Macromol. 2017;104(Pt B):1975-1985. [29] YE XL, LI LH, LIN ZF, et al. Integrating 3D-printed PHBV/Calcium sulfate hemihydrate scaffold and chitosan hydrogel for enhanced osteogenic property. Carbohydr Polym. 2018;202:106-114. [30] LU Y, LI LH, ZHU Y, et al. Multifunctional copper-containing carboxymethyl chitosan/alginate scaffolds for eradicating clinical bacterial infection and promoting bone formation. ACS Appl Mater Interfaces. 2018;10(1):127-138. [31] ZHAO XJ, ZHOU LY, LI QT, et al. Biomimetic mineralization of carboxymethyl chitosan nanofibers with improved osteogenic activity in vitro and in vivo. Carbohydr Polym. 2018;195:225-234. [32] TAN HL, AO HY, MA R, et al. In vivo effect of quaternized chitosan-loaded polymethylmethacrylate bone cement on methicillin-resistant staphylococcus epidermidis infection of the tibial metaphysis in a rabbit model. Antimicrob Agents Chemother. 2014;58(10):6016-6023. [33] 季冬青,孙丹丹,和焕香,等.壳聚糖抗菌活性研究进展[J].辽宁中医药大学学报,2018,20(3):82-85. [34] RAAFAT D, VON-BARGEN K, HAAS A, et al. Insights into the mode of action of chitosan as an antibacterial compound. Appl Environ Microbiol. 2008;74(12):3764-3773. [35] CHUNG YC, YEH JY, TSAI CF. Antibacterial characteristics and activity of water-soluble chitosan derivatives prepared by the maillard reaction. Molecules. 2011;16(10):8504-8514. [36] TAN HL, MA R, LIN CC, et al. Quaternized chitosan as an antimicrobial agent: antimicrobial activity, mechanism of action and biomedical applications in orthopedics. Int J Mol Sci. 2013;14(1):1854-1869. [37] WANG DY, LIU Y, LIU YL, et al. A dual functional bone-defect-filling material with sequential antibacterial and osteoinductive properties for infected bone defect repair. J Biomed Mater Res A. 2019;107(10):2360-2370. [38] DAVID N, NALLAIYAN R. Biologically anchored chitosan/gelatin-SrHAP scaffold fabricated on Titanium against chronic osteomyelitis infection. Int J Biol Macromol. 2018;110:206-214. [39] PATEL KD, EL-FIQI A, LEE HY, et al. Chitosan–nanobioactive glass electrophoretic coatings with bone regenerative and drug delivering potential. J Mater Chem. 2012;22(47). DOI:10.1039/C2JM33830K [40] FRANK LA, ONZI GR, MORAWSKI AS, et al. Chitosan as a coating material for nanoparticles intended for biomedical applications. React Funct Polym. 2020;147. [41] NANCY D, RAJENDRAN N. Vancomycin incorporated chitosan/gelatin coatings coupled with TiO2-SrHAP surface modified cp-titanium for osteomyelitis treatment. Int J Biol Macromol. 2018;110:197-205. [42] CHEN Y, LIU XJ, LIU R, et al. Zero-order controlled release of BMP2-derived peptide P24 from the chitosan scaffold by chemical grafting modification technique for promotion of osteogenesis in vitro and enhancement of bone repair in vivo. Theranostics. 2017;7(5):1072-1087. [43] MALIK MH, SHAHZADI L, BATOOL R, et al. Thyroxine-loaded chitosan/carboxymethyl cellulose/hydroxyapatite hydrogels enhance angiogenesis in in-ovo experiments. Int J Biol Macromol. 2020;145: 1162-1170. [44] ZHAO J, SHEN G, LIU CS, et al. Enhanced healing of rat calvarial defects with sulfated chitosan-coated calcium-deficient hydroxyapatite/bone morphogenetic protein 2 scaffolds. Tissue Eng Part A. 2012;18(1-2): 185-197. [45] YANG Y, CHU LY, YANG SB, et al. Dual-functional 3D-printed composite scaffold for inhibiting bacterial infection and promoting bone regeneration in infected bone defect models. Acta Biomater. 2018;79: 265-275. [46] LAVANYA K, CHANDRAN SV, BALAGANGADHARAN K, et al. Temperature- and pH-responsive chitosan-based injectable hydrogels for bone tissue engineering. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2020;111:110862. [47] SARAVANAN S, VIMALRAJ S, THANIKAIVELAN P, et al. A review on injectable chitosan/beta glycerophosphate hydrogels for bone tissue regeneration. Int J Biol Macromol. 2019;121:38-54. [48] YU B, ZHANG YC, LI XM, et al. The use of injectable chitosan/nanohydroxyapatite/collagen composites with bone marrow mesenchymal stem cells to promote ectopic bone formation in vivo. J Nanomater. 2013;2013:1-8. [49] JAYASH SN, HASHIM NM, MISRAN M, et al. Local application of osteoprotegerin-chitosan gel in critical-sized defects in a rabbit model. PeerJ. 2017;5:e3513. [50] ZHANG XB, ZHU LX, LV H, et al. Repair of rabbit femoral condyle bone defects with injectable nanohydroxyapatite/chitosan composites. J Mater Sci Mater Med. 2012;23(8):1941-1949. [51] WANG M, SA Y, LI P, et al. A versatile and injectable poly(methyl methacrylate) cement functionalized with quaternized chitosan-glycerophosphate/nanosized hydroxyapatite hydrogels. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2018;90:264-272.

[1]	姚晓玲, 彭建城, 许岳荣, 杨志东, 张顺聪. 可变角度零切迹前路椎间融合内固定系统治疗脊髓型颈椎病：30个月随访[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1377-1382.
[2]	薛亚东, 周新社, 裴立家, 孟繁宇, 李 键, 王金子. 自体髂骨块联合钛板重建Paprosky Ⅲ型髋臼骨缺损为假体提供坚强的初始固定#br#[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1424-1428.
[3]	朱 婵, 韩栩珂, 姚承佼, 周 倩, 张 强, 陈 秋. 人体唾液成分与骨质疏松/骨量低下[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1439-1444.
[4]	金 涛, 刘 林, 朱晓燕, 史宇悰, 牛建雄, 张同同, 吴树金, 杨青山. 骨关节炎与线粒体异常[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1452-1458.
[5]	张立创, 徐 浩, 马迎辉, 熊梦婷, 韩海慧, 鲍嘉敏, 翟伟韬, 梁倩倩. 免疫调控淋巴回流功能治疗类风湿关节炎的机制及前景[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1459-1466.
[6]	王 景, 熊 山, 曹 金, 冯林伟, 王 信. 白细胞介素3在骨代谢中的作用及机制[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(8): 1260-1265.
[7]	朱 婵, 韩栩珂, 姚承佼, 张 强, 刘 静, 邵 明. 针刺治疗帕金森病：动物实验显示的作用机制[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(8): 1272-1277.
[8]	郭 嘉, 丁琼桦, 刘 泽, 吕思懿, 周泉程, 高玉花, 白春雨. 间充质干细胞来源外泌体的生物学特性及免疫调控作用[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(7): 1093-1101.
[9]	吴玮玥, 郭晓东, 包崇云. 工程化外泌体在骨修复再生中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(7): 1102-1106.
[10]	周洪琴, 吴丹丹, 杨 琨, 刘 琪. 传递特定miRNA的外泌体可调控成骨并促进成血管[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(7): 1107-1112.
[11]	张璟琳, 冷 敏, 朱博恒, 汪 虹. 干细胞源外泌体促进糖尿病创面愈合的机制及应用[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(7): 1113-1118.
[12]	黄晨玮, 费彦亢, 朱梦梅, 李鹏昊, 于 兵. 谷胱甘肽在干细胞“干性”及调控中的重要作用[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(7): 1119-1124.
[13]	惠小珊, 白 京, 周思远, 王 阶, 张金生, 何庆勇, 孟培培. 中医药调控干细胞诱导分化的理论机制[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(7): 1125-1129.
[14]	安维政, 何 萧, 任 帅, 刘建宇. 肌源干细胞在周围神经再生中的潜力[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(7): 1130-1136.
[15]	范一鸣, 刘方煜, 张洪宇, 李 帅, 王岩松. 脊髓损伤后室管膜区内源性神经干细胞反应的系列问题[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(7): 1137-1142.

在骨科疾病中，骨缺损一直以来都是发病率较高的疾病[1]，骨缺损常常由创伤、恶性肿瘤、感染和先天性疾病引起[2]，尤其是感染引起的骨缺损，对骨科医生一直都是巨大的挑战。虽然骨组织具有自我修复的能力，但衰老、疾病和创伤等因素可能会产生毁灭性的影响，严重威胁骨骼的完整性[3]。在临床情况下，自发的愈合不能仅靠内部因素实现，还必须应用外部因素来刺激愈合过程[4]。感染性骨缺损由于存在感染和缺损两大危险因素使其治疗难度较高，治疗周期长且容易出现肌肉坏死萎缩，从而导致四肢功能受到严重影响，并且对于感染的控制效果往往较差。同时，长期全身抗生素治疗可能产生对抗生素的耐药性和影响器官的不良反应，并且系统给药的抗生素不能以足够的浓度到达骨髓炎部位，患者依从性较差[5]。目前感染性骨缺损的常见临床治疗方式主要包括清创、移除体内植入物和全身抗生素治疗等外科基本原则。在使用清创和抗生素抗感染的同时，自体骨、异体骨和异种骨移植等骨修复手段现在仍被认为是修复骨缺损最有效的方法，尤其是自体骨移植，因为其良好的成骨能力、细胞完整性及能完美地支持和整合原始骨组织等优点，一直被认为是骨修复的金标准，但近年来越来越多研究验证了其不可避免的缺点，并且有待完善[6]，比如：自体骨移植需要做额外的手术，增加了创伤和感染的风险，同时其有限的材料来源限制了其可用性[7]。同种异体骨移植和异种骨移植虽然克服了自体骨移植的缺点，但会产生免疫排斥反应和将供者疾病传给受者的风险[8]。所以，寻找新型生物骨修复材料来取代传统的治疗方法已经成为近几年研究的热点[9]。理想的骨修复材料应该具备生物相容性和生物可降解性的优点，同时它还应具有骨传导、高多孔性、机械强度和能够有效诱导新骨形成的优点[10]，尤其是对于临界性骨缺损来说，良好的界面整合和机械匹配是保证骨长入和骨组织与种植体结合强度的关键因素[11]。可生物降解的支架可用作骨缺损部位的临时框架，在吸收的同时增强和刺激骨骼的生长和再生，从而为新组织的形成提供空间[12]。目前，许多类型的生物材料作为骨替代品已被广泛研究和开发，比如：来自动物或植物的天然材料，有胶原蛋白、纤维蛋白、壳聚糖、海藻酸盐等；人工合成材料，有生物活性陶瓷和人工高分子材料，这些已逐渐成为骨组织工程中的热门材料。人工合成和天然聚合物在骨组织工程中各有优缺点，合成聚合物的合成和改性容易控制，但缺乏细胞识别位点；与合成聚合物相比，天然聚合物具有更好的生物相容性，但加工能力和机械性能较差[13]。通过总结近些年的研究，壳聚糖作为新兴的生物材料被越来越多地作为生物可降解支架投入到骨组织工程中[14]。
壳聚糖是一种天然的、可生物降解和具有生物相容性的聚合物，主要通过对甲壳类动物的外骨骼中获取的甲壳素在去乙酰化过程中产生，其结构如图1[15]。壳聚糖是一种天然多糖结构，类似于硫酸糖胺聚糖，该物质是细胞外基质中连接胶原纤维的主要成分之一，这一特点使其可以为细胞增殖和细胞外基质提供微环境，具有促进成骨的潜力[16]。壳聚糖的氨基带正电荷，可以和细胞膜结合，这为细胞黏附提供了条件[17]；同时，解聚后产生具有生物活性的壳寡糖，具有优越的抗菌性能，其单体产物(葡萄糖胺)可被人体代谢或排出体外[18]；壳聚糖还有促进伤口愈合、止血、减少炎症反应的特性[19]，可见壳聚糖在骨组织工程中有独特的优势，几乎与身体所有组织都具有良好的生物相容性[20]。壳聚糖因非致癌、可吸收、可降解、抗菌和骨传导的特性使其成为一种新兴材料，在研究中与多种生物聚合物和生物陶瓷体系结合，如海藻酸、透明质酸、支链淀粉、碳纳米管、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、生长因子、透明质酸和磷酸钙等被广泛应用于感染性骨缺损的治疗[21]。目前，壳聚糖及其复合物在神经修复、伤口愈合、组织工程和药物运输方面取得了长足进步，已被应用于制药、药物输送系统、组织工程、移植和细胞再生等领域[22]。
该文通过总结壳聚糖的骨传导性、抗菌性来回顾最近几年有关壳聚糖生物复合材料支架在治疗感染性骨缺损中的应用研究，同时讨论壳聚糖在骨组织工程中应用的不足之处和其衍生物及复合材料在医学应用中的前景。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

1.1   资料来源   由第一作者在2021年1-3月以“chitosan，bone defect， bone tissue engineering， 壳聚糖，骨缺损，骨组织工程”为关键词，检索2008-2020年期间PubMed、Web of Science、Springerlink、Medline、万方和CNKI数据库中的相关文献。初检得到研究原著、综述、临床研究及论著共198篇。PubMed数据库文献检索策略，见图2。

1.2   入选标准
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，通过文献精读和泛读后得到壳聚糖生物材料支架治疗感染性骨缺损的相关实验研究、综述、临床研究及论著。
排除标准：①陈旧性文章；②非壳聚糖生物材料支架治疗感染性骨缺损及壳聚糖生物材料支架在非感染性骨缺损方面的应用；③文章等级低、证据等级不够及重复性研究。
1.3   质量评估   首先阅读所有检索到的文献，并对文献的主题和质量进行测评，剔除与该文无关或关系不大的文献，共入选文献51篇，见图3。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，文献的引用包括作者、题名、期刊名称、发表年代、卷数(期数)、页码等。

虽然骨具有自我愈合的能力，但在感染性骨缺损发生时，传统的治疗方法并不能产生令人满意的结果，这时往往需要骨重建材料来进行骨修复。壳聚糖在骨组织工程中是一种有效的治疗材料，因其抗菌性、优良的骨传导性能可以用来治疗感染性骨缺损。通过该文回顾的一些壳聚糖生物复合材料在治疗骨缺损中的应用可以看出，壳聚糖作为生物支架治疗感染性骨缺损已逐渐展现出其独特的优势和效果，壳聚糖可以作为抗菌剂来治疗耐药性较强的细菌，作为骨传导性物质可以促进细胞黏附和增殖，还可以经过改性和各种生物材料结合来增强其力学性能和功能性，同时还可以作为可注射水凝胶以任何形状填充到骨缺损部位；但是强度方面依然存在不足， 很难在保证抗菌活性的同时实现较好的支持作用。目前大多数研究仍侧重于和其他生物材料复合来增强其力学性能。另外，壳聚糖生物材料的应用研究大部分仍处于实验阶段，未能真正应用于临床。最后，改进壳聚糖生物材料的制备工艺将有助于研发具有更多功能的骨修复生物材料，在不久的将来，可将壳聚糖同3D打印技术、基因工程及医学影像学技术相结合在骨组织工程领域中，为骨修复开辟新的道路。
有理由相信，随着人们对于壳聚糖研究的深入，生物材料的性能必然会得到进一步改善，日后的研究可以考虑将各类优势通过改性等技术进行综合，以制备多种优势于一身的临床应用的材料。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程  

文题释义：
壳聚糖：壳聚糖是甲壳素去乙酰化的衍生物，具有良好的生物相容性、骨传导率、生物降解性和吸附性能，被认为是治疗骨缺损的理想材料。
感染性骨缺损：是一种由急性高能量损伤和慢性感染引起的骨质短缺，由于感染性骨缺损的存在，常可造成感染性骨不连及局部功能障碍。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

骨组织工程中，自体骨移植由于其排异性较低、成本较低一直是治疗感染性骨缺损的金标准，但自体骨移植常常受到骨源有限、疼痛和骨提取功能障碍的限制，此外，同种异体移植物可能存在潜在感染和免疫应答相关的风险，而且供体组织也有限。因此，利用新型生物材料支架来治疗感染性骨缺损成为当前的一种趋势，在这篇综述中，将重点介绍壳聚糖生物材料支架的最新研究，描述其功能性以及在治疗感染性骨缺损中的应用。并探讨其研究重点和未来方向。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

	阅读次数
	全文
	摘要