海藻酸钠-绿藻多糖复合水凝胶的开发与生物相容性评估：单阶段颅骨修复的创新策略

为解决创伤性脑损伤(TBI)后传统两阶段手术(减压颅骨切除术DC+颅骨成形术)导致的并发症问题，研究人员开发了基于海藻酸钠(alginate)和绿藻多糖(ulvan)的复合水凝胶。通过离子交联技术构建具有互连多孔结构的水凝胶，FTIR证实成功交联，力学测试显示alginate提升杨氏模量而ulvan降低机械强度。细胞实验证实其对NIH3T3成纤维细胞和HOS成骨细胞无毒性，为单阶段颅骨修复提供了兼具机械稳定性和生物相容性的新型材料。

　　

颅骨损伤修复领域长期面临一个临床困境：传统两阶段手术——先通过减压颅骨切除术(DC)缓解脑肿胀，待病情稳定后再行颅骨成形术——不仅延长康复周期，还可能导致"颅骨缺损综合征"(SoT)，表现为情绪障碍、运动功能下降等神经功能衰退。这种"先拆后补"的治疗模式，就像在暴风雨中临时拆除屋顶，待天气转晴再修补，期间患者暴露在各种并发症风险中。

为解决这一难题，国内研究机构的研究人员将目光投向天然多糖材料，创新性地将海藻酸钠(alginate)与绿藻中提取的硫酸化多糖(ulvan)结合，开发出可用于单阶段颅骨修复的复合水凝胶。这项发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》的研究，通过精巧的材料设计模拟细胞外基质环境，让水凝胶既能适应急性期脑组织肿胀，又能在后期促进骨组织再生，实现"智能过渡"的修复效果。

研究采用离子交联法制备四种配比的水凝胶(A15U00、A15U20、A20U00、A20U20)，通过两步交联(先CaCl₂后Ca-CHES缓冲液)增强稳定性。关键技术包括：扫描电镜(SEM)观察微观结构、傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析化学交联、质构仪测定力学性能、MTT法评估NIH3T3和HOS细胞相容性。

3.1 水凝胶表征
SEM显示所有水凝胶均具有>100μm的互连孔隙，满足组织工程对营养输送的要求。FTIR在847cm^-1处检测到ulvan特征峰(S=O伸缩振动)，证实成功复合。含ulvan的样品呈现不规则纤维结构，这种"杂草丛生"的形貌可能影响后续性能。

3.2 力学性能
两步交联使杨氏模量提升3倍(A15U00从4.62增至13.82kPa)，证明Ca-CHES处理显著增强网络稳定性。有趣的是，ulvan如同材料中的"软化剂"，使A20U20硬度(0.271N)比纯alginate的A20U00(0.383N)降低29%，这种可控的刚度调节对匹配脑组织力学环境至关重要。

3.3 亲水性特征
高alginate含量(2%)使水凝胶更"拒水"，吸水能力从A15U00的962%降至A20U20的501%。但ulvan的加入产生矛盾效应：虽然降低机械强度，却通过物理交联形成致密结构，使A15U20的收缩率(74.42%)比A15U00(79.87%)更优。

3.4 生物相容性
所有提取物细胞存活率>70%(ISO 10993-5标准)，但细胞附着呈现"少即是多"现象：低alginate的A15U00比A20U00多附着35%细胞，这与Serafin等报道的"材料越硬细胞越难粘附"规律一致。虽然水凝胶未促进HOS细胞增殖，但维持了5天活力，为后续加载成骨诱导因子奠定基础。

这项研究的突破性在于：首次将ulvan的生物学特性(类似糖胺聚糖的结构)与alginate的机械可调性结合，创造出适应TBI动态修复需求的"变形金刚"材料。通过两步交联的"分子锁"技术，既避免硼酸等有毒交联剂的使用，又实现力学性能的精准调控。尽管ulvan在机械强度上表现"拖后腿"，但其引入的硫酸基团可能在未来研究中激活骨再生相关信号通路(BMP/Smad等)。这种水凝胶为开发"植入即修复"的颅骨修复方案提供了新思路，有望将两次手术合并为一次，降低医疗成本并改善患者预后。

未来研究需解决三个关键问题：如何在水凝胶中引入RGD等粘附肽增强细胞行为调控；动物实验中验证其抗脑肿胀效果；探索ulvan硫酸基团与内源性生长因子的协同作用机制。这项研究标志着颅骨修复材料从"结构替代"向"功能重建"的重要转变。