組織工程支架材料對固有免疫反應(yīng)的影響及調(diào)控效應(yīng)

陳坤威，童亞林，姚詠明

固有免疫通常被認(rèn)為是微生物感染的第一道防線，在過去的十幾年中，越來越多的證據(jù)顯示固有免疫細(xì)胞在機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、組織修復(fù)與再生中具有重要作用[1-3]。當(dāng)組織損傷后，多種免疫細(xì)胞參與組織修復(fù)，其中固有免疫細(xì)胞起到至關(guān)重要的作用，了解固有免疫細(xì)胞在組織修復(fù)過程中的確切作用，特別是組織工程材料植入后的變化，能為未來設(shè)計(jì)出具有良好免疫調(diào)控性能的支架材料提供有益線索。組織工程支架材料的設(shè)計(jì)目標(biāo)是能為創(chuàng)傷、疾病或先天畸形的患者提供一種組織缺損的替代物[4]。以往參與組織修復(fù)的支架材料通常需整合細(xì)胞及生物學(xué)信號，近年來的研究顯示單獨(dú)的支架材料成分也能起到促進(jìn)組織修復(fù)與再生的作用。多項(xiàng)觀察證實(shí)，支架材料特性諸如材料成分、材料表面化學(xué)特性、理化特性(硬度、厚度、孔隙大小、化學(xué)基團(tuán)修飾等)及材料的降解產(chǎn)物均可影響材料的免疫原性，對多種固有免疫細(xì)胞產(chǎn)生作用，出現(xiàn)宿主反應(yīng)強(qiáng)度的差異性變化。本文擬對常見固有免疫細(xì)胞在組織損傷修復(fù)中的作用、組織工程支架材料特性對固有免疫系統(tǒng)的影響及潛在應(yīng)用作一綜述。

1 固有免疫細(xì)胞與損傷修復(fù)

典型的組織損傷要經(jīng)歷炎癥期、增生期、重塑期/瘢痕形成期三個(gè)階段。免疫反應(yīng)參與了組織損傷后修復(fù)與再生過程，持續(xù)時(shí)間數(shù)天至數(shù)周不等。固有免疫細(xì)胞是最早參與損傷后免疫反應(yīng)的免疫細(xì)胞，通過抵御潛在病原體入侵損傷組織，第一時(shí)間起到防御作用。即使在沒有病原體入侵的情況下，免疫細(xì)胞也會(huì)被損傷組織中釋放的危險(xiǎn)信號激活，產(chǎn)生無菌性炎癥。常見的固有免疫細(xì)胞包括中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DC)。

中性粒細(xì)胞是免疫系統(tǒng)中數(shù)量最多的細(xì)胞，在組織損傷修復(fù)中表現(xiàn)出促進(jìn)與抑制修復(fù)的雙重作用。一方面，中性粒細(xì)胞自身具有抗菌效應(yīng)(產(chǎn)生抗菌肽、活性氧、蛋白酶)，同時(shí)可通過激活其他免疫細(xì)胞減少損傷組織的感染概率；另一方面，中性粒細(xì)胞分泌的蛋白酶(如絲氨酸蛋白酶、基質(zhì)金屬蛋白酶)及中性粒細(xì)胞來源的各種介質(zhì)會(huì)加重組織損傷，延長修復(fù)過程[5]。中性粒細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子與生長因子，如IL-17及血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(vascular endothelial growth factor α，VEGF-α)，能招募和活化更多的中性粒細(xì)胞及其他炎性細(xì)胞，促進(jìn)血管生成，刺激成纖維細(xì)胞、表皮細(xì)胞及角化細(xì)胞的增殖[5]。中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)(neutrophil extracellular traps，NETs)可以捕獲殺滅病原菌，提高中性粒細(xì)胞吞噬效應(yīng)；但在組織損傷修復(fù)過程中，有證據(jù)表明中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)可能加重組織損傷，延長修復(fù)時(shí)間[6]。單核細(xì)胞及巨噬細(xì)胞能吞噬死亡的中性粒細(xì)胞及細(xì)胞碎片，中性粒細(xì)胞也可通過增加對單核細(xì)胞與巨噬細(xì)胞的招募表現(xiàn)出一部分抗炎能力，達(dá)到實(shí)現(xiàn)自我清除的目的，有助于炎癥的消散[7]。由于中性粒細(xì)胞在組織修復(fù)中的雙重作用，調(diào)控中性粒細(xì)胞的數(shù)量及功能可能成為促進(jìn)組織修復(fù)與再生新的切入點(diǎn)。

巨噬細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中一直扮演清道夫細(xì)胞的角色，吞噬細(xì)胞碎片、入侵的病原體及其他凋亡的細(xì)胞。除了傳統(tǒng)認(rèn)識上的吞噬作用，越來越多的證據(jù)顯示，巨噬細(xì)胞還具有調(diào)節(jié)組織修復(fù)的效應(yīng)[8]。組織損傷后，巨噬細(xì)胞是炎癥反應(yīng)中多種趨化因子、基質(zhì)金屬酶及炎癥介質(zhì)的主要來源[9]。在損傷初期，減少巨噬細(xì)胞數(shù)量可以使炎癥反應(yīng)明顯減輕，然而，缺少巨噬細(xì)胞同時(shí)也導(dǎo)致組織愈合及再生效率下降[10]。巨噬細(xì)胞主要存在兩種極化狀態(tài)，分別為促炎M1型巨噬細(xì)胞與抗炎M2型巨噬細(xì)胞，多項(xiàng)研究證明巨噬細(xì)胞的不同活化狀態(tài)在組織修復(fù)、再生、纖維化中具有重要意義。目前普遍認(rèn)為促炎型M1型巨噬細(xì)胞雖然能清除損傷部位的微生物及碎片，但在組織修復(fù)過程中會(huì)加重組織損傷，影響組織修復(fù)結(jié)局；而M2型巨噬細(xì)胞表現(xiàn)為促進(jìn)組織修復(fù)與再生[11]。組織損傷炎癥反應(yīng)高峰期過后，M2型巨噬細(xì)胞數(shù)量上逐漸處于優(yōu)勢，產(chǎn)生大量促進(jìn)細(xì)胞增殖及血管生成的生長因子，包括血小板來源的生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)、轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor β1，TGF-β1)、胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor 1，IGF-1)及VEGF-α，產(chǎn)生溶解性介質(zhì)促進(jìn)組織成纖維細(xì)胞分化成肌成纖維細(xì)胞，同時(shí)合成細(xì)胞外基質(zhì)成分，加快損傷部位收縮閉合[8]。在體外實(shí)驗(yàn)中，M1型巨噬細(xì)胞能被干擾素-γ(IFN-γ)或TNF-α誘導(dǎo)產(chǎn)生，而M2型巨噬細(xì)胞則被IL-4或IL-13誘導(dǎo)產(chǎn)生，且根據(jù)刺激因素的不同，巨噬細(xì)胞的功能也會(huì)出現(xiàn)差異。IL-4活化產(chǎn)生的M2型巨噬細(xì)胞表達(dá)多種損傷修復(fù)因子，然而若持續(xù)受到IL-4刺激，巨噬細(xì)胞則促進(jìn)病理性纖維化的形成[1]。IL-6及IL-21能上調(diào)巨噬細(xì)胞IL-4受體的表達(dá)，當(dāng)巨噬細(xì)胞受到IL-4或IL-13刺激后，IL-6及IL-21能促進(jìn)具有抗炎及抗纖維化功能的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生[1,8]。鑒于巨噬細(xì)胞在組織修復(fù)各階段所起到的作用，深入了解巨噬細(xì)胞在不同微環(huán)境下的功能變化，進(jìn)一步對巨噬細(xì)胞功能進(jìn)行調(diào)控，對提高組織修復(fù)能力具有重要意義。

DC是機(jī)體內(nèi)重要的抗原提呈細(xì)胞，與巨噬細(xì)胞類似，DC也具有在損傷部位吞噬微粒及處理危險(xiǎn)信號的能力。雖然目前對DC在組織修復(fù)與再生中的確切作用尚未充分闡明，但已有資料提示DC在組織修復(fù)過程中具有不可替代的作用[9-11]。例如，漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞(plasmacytoid dendritic cells，pDCs)能通過Toll樣受體(TLR)7與TLR9識別皮膚損傷處的核酸，并產(chǎn)生Ⅰ型干擾素參與傷口愈合修復(fù)[12]。Vinish等[13]發(fā)現(xiàn)，DC缺乏的小鼠燒傷創(chuàng)面出現(xiàn)明顯的閉合延遲。此外，在小鼠心梗模型中，DC缺乏的小鼠相對于正常小鼠心梗后左心功能障礙及心室重構(gòu)明顯加重，進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)在缺血梗死部位促炎M1型巨噬細(xì)胞浸潤增加，抗炎型M2型巨噬細(xì)胞數(shù)量明顯減少[14]。因此，DC可能通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的動(dòng)態(tài)平衡發(fā)揮調(diào)控?fù)p傷修復(fù)的作用。

2 生物材料支架與異物反應(yīng)

組織工程生物材料支架作為損傷組織的替代物在臨床上已被廣泛應(yīng)用，支架材料的成分廣義分為天然材料與合成材料。臨床上使用的組織工程支架材料通常需要整合信號或細(xì)胞以提高材料的組織修復(fù)性能，如各類化學(xué)信號、生長因子、間充質(zhì)干細(xì)胞等。目前，關(guān)于材料本身免疫原性的調(diào)控參與組織修復(fù)過程研究逐漸成為熱點(diǎn)，通過改變材料特性以提高材料的組織相容性，減少或避免材料引起的異物反應(yīng)、纖維包裹及其他有害的降解產(chǎn)物對組織修復(fù)的影響。

當(dāng)生物材料支架植入機(jī)體與血液接觸后，材料表面即附著上一層蛋白質(zhì)，促進(jìn)富含生長因子、細(xì)胞因子及趨化因子的血凝塊(臨時(shí)基質(zhì))的形成，臨時(shí)基質(zhì)招募固有免疫細(xì)胞到損傷部位形成肉芽腫；肉芽腫逐漸形成瘢痕組織并最終完成損傷修復(fù)，在此過程中還有異物巨細(xì)胞的出現(xiàn)，這些繼發(fā)性的變化是材料植入體內(nèi)引起異物反應(yīng)的全過程[11]。異物反應(yīng)常難以避免，過度的異物反應(yīng)可以延長組織愈合的時(shí)間，增加瘢痕組織的形成，對創(chuàng)面的損傷愈合起到負(fù)向調(diào)節(jié)作用。材料植入體內(nèi)所導(dǎo)致急慢性炎癥的嚴(yán)重程度由植入材料的類型、臨時(shí)基質(zhì)形成程度及炎癥消散所需時(shí)間決定[11]。因此，有關(guān)支架材料的研究希望通過改變上述因素起到調(diào)節(jié)機(jī)體炎癥免疫強(qiáng)度，達(dá)到促進(jìn)組織修復(fù)、降低異物反應(yīng)程度及瘢痕組織形成的目的。

3 組織工程支架材料特性對固有免疫反應(yīng)的影響

3.1 支架主要成分 Park等[15-16]研究發(fā)現(xiàn)，多種生物材料薄膜(藻酸鹽、瓊脂糖、殼聚糖、透明質(zhì)酸及聚乳酸)能引起DC不同程度地活化，分泌不同水平的細(xì)胞因子。例如，聚乳酸、殼聚糖、藻酸鹽引起DC促炎細(xì)胞因子的釋放；聚乳酸、殼聚糖誘導(dǎo)CD80、CD86、CD83及CD44表達(dá)增高；透明質(zhì)酸則引起較低水平CD40、CD80、CD86及人類白細(xì)胞抗原(HLA)-DR表達(dá)及較低水平促炎因子的產(chǎn)生，并進(jìn)一步刺激T細(xì)胞表面分子CD4、CD8、CD25、CD9表達(dá)及不同細(xì)胞因子改變(IFN-γ、IL-10、IL-4)，且DC與瓊脂糖共培養(yǎng)后誘導(dǎo)CD4+CD25+FoxP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的產(chǎn)生。

在另一項(xiàng)關(guān)于支架成分免疫原性研究中，來源于機(jī)體不同組織的細(xì)胞外基質(zhì)支架材料，包括小腸黏膜下層、膀胱、骨骼肌、腦、食道、皮膚、肝臟和結(jié)腸，可引起巨噬細(xì)胞向不同的表型極化。小腸黏膜下層、腦組織、食道及結(jié)腸來源的細(xì)胞外基質(zhì)材料誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2型極化，皮膚來源的支架材料誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞往M1型方向極化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，不同組織來源支架材料成分的免疫原性存在明顯差異[17]。

3.2 表面化學(xué)特性

3.2.1 表面形貌學(xué) Chang等[18]研究顯示，中性粒細(xì)胞黏附在較粗糙的聚苯乙烯表面后死亡速度明顯加快，可能與其黏附在粗糙材料表面產(chǎn)生更多的氧自由基有關(guān)。另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，與表面光滑的鈦材料相比，表面輕度粗糙的鈦材料使巨噬細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子增多，如TNF-α、IL-1β等，表明表面較粗糙的材料更容易引起炎癥反應(yīng)[19]。本文第一部分提及，炎癥可能是延緩損傷愈合的關(guān)鍵性因素之一，因此選擇表面較光滑的材料可能具有較好的組織相容性，引起更少的炎癥反應(yīng)，對組織的修復(fù)更有利。

3.2.2 表面電勢 雖然目前有文獻(xiàn)論述了生物材料表面電勢對免疫細(xì)胞的影響，但材料表面電荷的確切作用仍然沒有明確[20]。據(jù)報(bào)道，納米桿氨基末端帶表面正電荷，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向抗炎M2型方向極化；而納米桿的羧基末端帶表面負(fù)電荷，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向促炎的M1型極化[21]。Neumann等[22]觀察到帶正電荷的殼聚糖納米微粒能激活炎性體，促進(jìn)IL-1β的分泌，具有促炎效應(yīng)。采用羥基聚乳酸乙醇酸(polylactic-co-glycolic acid，PLGA)、聚苯乙烯或微鉆石所合成的微粒，都帶表面負(fù)電荷，能夠抑制巨噬細(xì)胞向促炎型M1型巨噬細(xì)胞極化[23]。

3.2.3 表面親水性與疏水性 Alfarsi等[19]發(fā)現(xiàn)表面經(jīng)過親水改性后的鈦金屬材料引起巨噬細(xì)胞分泌更少的TNF-α、IL-1α、IL-1β等炎性細(xì)胞因子。另據(jù)報(bào)道，在電中性親水性聚合物材料上觀察到較少的巨噬細(xì)胞黏附，以及較少的異物巨細(xì)胞形成，但比較電中性親水材料上的巨噬細(xì)胞和其他兩種非電中性疏水材料上的巨噬細(xì)胞，證實(shí)細(xì)胞因子(IL-1、IL-6、IL-8及IL-10)的產(chǎn)生明顯增多[24]。由此可見，親水性材料引起炎癥反應(yīng)可能比疏水性材料要輕微，在生物材料的選擇上，增加親水性材料的比例可能更有利于炎癥的控制及組織損傷修復(fù)。

3.2.4 表面涂層 通過材料表面涂層修飾可有效降低蛋白質(zhì)的吸附及白細(xì)胞黏附，CD47是一種廣泛存在的跨膜蛋白，通常作為一個(gè)“自我識別”的標(biāo)記物。有研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)先用CD47涂在高分子聚氯乙烯(PVC)上可明顯降低中性粒細(xì)胞的聚集與黏附[25]，提示選擇組織相容性較好或免疫反應(yīng)較低的表面涂層材料，可通過減少材料表面的中性粒細(xì)胞的數(shù)量，降低材料與組織的免疫炎癥反應(yīng)，進(jìn)而有益于損傷修復(fù)。

3.3 理化特性

3.3.1 孔徑大小及孔隙率 近年來，許多資料提示表面材料的孔隙影響機(jī)體固有免疫反應(yīng)。Sussman等[26]觀察到異物反應(yīng)強(qiáng)度在有孔材料與無孔材料間存在明顯差異，有孔材料引起較少的纖維包圍及更高的血管生成率。進(jìn)一步分析證實(shí)，材料孔隙影響巨噬細(xì)胞極化，在孔隙內(nèi)巨噬細(xì)胞極化方向明顯偏向M1型，M2型巨噬細(xì)胞數(shù)量相對減少；而在孔隙外，M2型巨噬細(xì)胞比例明顯增加，且當(dāng)孔隙大小在34μm時(shí)，孔隙內(nèi)M1型巨噬細(xì)胞比例最高。雖然有孔材料能通過改變巨噬細(xì)胞功能促進(jìn)組織修復(fù)，但孔隙對材料的機(jī)械強(qiáng)度同時(shí)也存在負(fù)面影響[27]。Kim等[27]將等量的致孔劑分別與不同質(zhì)量的聚乙丙交酯(PLG)制成不同孔隙率的三種材料，在體外細(xì)胞種植實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)孔隙率大的材料能獲得更多的DC細(xì)胞。然而體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果則恰恰相反，三種材料中較低孔隙率材料招募的DC數(shù)量最多，原因是高孔隙率材料在植入體內(nèi)后由于機(jī)械強(qiáng)度降低出現(xiàn)明顯的壓縮現(xiàn)象，導(dǎo)致孔隙壓縮變小，因此在設(shè)計(jì)帶孔隙支架材料時(shí)，需考慮其機(jī)械強(qiáng)度的變化。由于不同特質(zhì)的材料最佳的孔徑大小可能存在較大差異，不同材料可能還需要進(jìn)一步檢測其最佳孔徑大小，且在保證具有足夠機(jī)械強(qiáng)度的前提下，盡可能增加材料的孔隙率可能使材料對巨噬細(xì)胞的影響朝著M2型方向極化更有利，也更有利于創(chuàng)面愈合。

3.3.2 硬度 Blakney等[28]將巨噬細(xì)胞培養(yǎng)在抗壓系數(shù)(硬度)分別為130、240、840kPa的聚乙二醇水凝膠上，發(fā)現(xiàn)不同抗壓系數(shù)的水凝膠不會(huì)影響巨噬細(xì)胞在材料上的附著，但會(huì)引起細(xì)胞形態(tài)改變，巨噬細(xì)胞形態(tài)在130kPa的水凝膠上呈圓形，但在更高抗壓系數(shù)的水凝膠上，巨噬細(xì)胞形態(tài)會(huì)被拉伸，并且巨噬細(xì)胞培養(yǎng)在抗壓系數(shù)較低的水凝膠上，產(chǎn)生的TNF-α、IL-1β、IL-6水平較培養(yǎng)在抗壓系數(shù)較高的水凝膠上低。同樣，將材料植入小鼠皮下后發(fā)現(xiàn)，抗壓系數(shù)最低的水凝膠引起的異物反應(yīng)最弱。嚴(yán)重的異物反應(yīng)不利于組織損傷修復(fù)，選擇抗壓系數(shù)低的材料在組織修復(fù)愈合方面的應(yīng)用可能較系數(shù)高的材料更有優(yōu)勢。

3.3.3 厚度 Wang等[29]從基因水平探討了材料厚度對巨噬細(xì)胞功能的影響，結(jié)果顯示巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子-1(macrophage migration inhibitory factor-1，MIF-1)基因表達(dá)與M1型巨噬細(xì)胞極化密切相關(guān)，選擇活化型巨噬細(xì)胞的特異性標(biāo)志物精氨酸酶-1(arginase-1，Arg-1)和發(fā)現(xiàn)于炎癥區(qū)域-1(found in inflammatory zone-1，F(xiàn)izz-1)基因與M2型巨噬細(xì)胞極化關(guān)系密切。研究還顯示，較厚的(大約5μm)電紡絲聚已內(nèi)酯(PCL)材料能誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2型極化，抗炎細(xì)胞因子Arg-1及Fizz-1基因表達(dá)明顯上調(diào)；較薄的(大約0.5μm)PCL材料則更傾向誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞往M1型方向極化，IL-6、TNF-α、MIF-1基因表達(dá)明顯增加。故在同一種材料的選擇上，較薄的材料可能比較厚的材料促炎效應(yīng)更明顯，更不利于創(chuàng)面閉合。此外，較厚的支架材料還具有更好的促進(jìn)血管再生作用。

3.3.4 空間結(jié)構(gòu) 3D組織工程支架材料在組織工程學(xué)中是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，隨著3D材料應(yīng)用于創(chuàng)傷修復(fù)與再生醫(yī)學(xué)研究的陸續(xù)開展，關(guān)于組織工程支架材料的3D結(jié)構(gòu)對固有免疫細(xì)胞影響的報(bào)道逐漸增多。Daneshmandi等[30]在研究膠原/殼聚糖納米支架3D結(jié)構(gòu)對DC成熟的影響中證明，對比2D環(huán)境下培養(yǎng)，在3D支架結(jié)構(gòu)培養(yǎng)下DC表面分子CD40、CD86、MHC Ⅱ表達(dá)和細(xì)胞因子IL-12、IL-6、TNF-α分泌明顯增加，與T淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)IFN-γ、IL-4釋放水平也比2D環(huán)境下增多。Friedemann等[31]在膠原(Coll)、透明質(zhì)酸(HA)、高度硫酸化透明質(zhì)酸(sHA)空間結(jié)構(gòu)的對比實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，2D膠原材料促使巨噬細(xì)胞分泌更多IL-10、IL-12和TNF-α，2D條件下透明質(zhì)酸及高度硫酸化透明質(zhì)酸IL-12及TNF-α分泌量較低，但I(xiàn)L-10分泌量比3D條件下增多。同樣，3D殼聚糖支架的幾何結(jié)構(gòu)能夠影響單核細(xì)胞TNF-α及IL-12、IL-23的產(chǎn)生，設(shè)計(jì)時(shí)在結(jié)構(gòu)上用更大孔徑及更大角度的殼聚糖3D支架材料誘導(dǎo)產(chǎn)生更多TNF-α[32]。

3.3.5 化學(xué)基團(tuán)修飾 化學(xué)基團(tuán)修飾是組織工程學(xué)材料改性常用的一種技術(shù)手段，但增加或減少某些化學(xué)基團(tuán)可能會(huì)對材料的免疫原性產(chǎn)生影響。殼聚糖是甲殼素脫N-乙酰基的產(chǎn)物，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)不同乙酰化程度能影響巨噬細(xì)胞極化，乙?；潭葹?5%的3D多孔殼聚糖支架材料有較多炎性細(xì)胞浸潤，引發(fā)巨噬細(xì)胞分泌IL-6、TNF-α明顯增加，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M1型極化；與之相反，乙酰化程度為5%的殼聚糖材料中炎性細(xì)胞黏附數(shù)量相對較少，能檢測到較高水平IL-4的分泌，巨噬細(xì)胞呈現(xiàn)M2型特性[33]。Franz等[34]采用膠原與高度硫酸化透明質(zhì)酸組成的復(fù)合涂層材料(Coll/hsHA)培養(yǎng)巨噬細(xì)胞，對比其輕度硫酸化的復(fù)合涂層材料(Coll/lsHA)及未硫酸化的復(fù)合涂層材料(Coll/HA)，發(fā)現(xiàn)高度硫酸化涂層材料能明顯減少巨噬細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子(TNF-α、IL-12)，并增加巨噬細(xì)胞抗炎細(xì)胞因子IL-10的產(chǎn)生，且分泌細(xì)胞因子水平與透明質(zhì)酸硫酸化程度相關(guān)。生物材料中基團(tuán)的添加在以往的材料設(shè)計(jì)中主要是考慮改變材料某方面的機(jī)械特性，但通過改變材料的化學(xué)基團(tuán)進(jìn)而影響免疫細(xì)胞功能的方法，可以為未來的材料設(shè)計(jì)提供一種全新的設(shè)計(jì)思路。

3.3.6 交聯(lián) 交聯(lián)是增加組織工程學(xué)材料機(jī)械特性常用的方法，據(jù)報(bào)道，藻酸鹽用鈣離子交聯(lián)形成的藻酸鈣水凝膠能明顯增強(qiáng)DC活化，同時(shí)也明顯增加IL-1β的分泌。同樣情況下，改用鋇離子交聯(lián)，并未出現(xiàn)IL-1β分泌增多。藻酸鹽水凝膠是組織工程中常用的材料，且經(jīng)常用鈣離子交聯(lián)增加其機(jī)械強(qiáng)度，這項(xiàng)研究提示鈣離子交聯(lián)后可能影響材料的免疫原性，因此材料設(shè)計(jì)需單獨(dú)考慮鈣離子的促炎效應(yīng)[35]。

3.4 降解產(chǎn)物 許多藥物傳遞系統(tǒng)與組織工程學(xué)方法都使用可降解的生物材料作為載體或支架，隨著材料在體內(nèi)降解的同時(shí)可能伴有材料理化性能改變，目前需要迫切地了解隨著生物材料的降解、特性改變及副產(chǎn)品的形成，生物材料免疫原性是如何發(fā)生變化的。早期關(guān)于生物材料降解的影響主要集中在透明質(zhì)酸的研究上。在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，透明質(zhì)酸被酶解形成各種分子量大小的片段，觀察對DC免疫功能的影響，結(jié)果顯示低分子量的透明質(zhì)酸(1500-5300D)通過觸發(fā)TLR2及TLR4信號通路，能增強(qiáng)DC活化、促進(jìn)TNF-α分泌及T淋巴細(xì)胞增殖活性[36]。在巨噬細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)低分子量透明質(zhì)酸可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M1型極化，而高分子量透明質(zhì)酸誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向促進(jìn)組織修復(fù)與愈合的M2型巨噬細(xì)胞極化[37]。趨化因子CCL2可誘導(dǎo)趨化巨噬細(xì)胞在損傷部位聚集，是常見的巨噬細(xì)胞趨化因子，有證據(jù)表明，在一項(xiàng)關(guān)于殼聚糖降解產(chǎn)物促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)的研究中，殼聚糖的降解產(chǎn)物殼寡糖(chitooligosaccharides，COS)具有通過改善巨噬細(xì)胞構(gòu)建的微環(huán)境進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)的作用；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，COS作用在施旺細(xì)胞miR-327/CCL2靶點(diǎn)上，通過下調(diào)其miR-327進(jìn)而誘導(dǎo)CCL2的表達(dá)，從而調(diào)控巨噬細(xì)胞在損傷部位的聚集，實(shí)現(xiàn)損傷部位微環(huán)境的重構(gòu)及促進(jìn)神經(jīng)的再生[38]。另有兩項(xiàng)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)證實(shí)，不同大小納米材料[39]及不同形狀納米材料[40]能導(dǎo)致免疫系統(tǒng)不同程度地活化，說明支架材料降解后形成的不同大小片段及形狀各異的降解產(chǎn)物同樣會(huì)對免疫系統(tǒng)造成影響。

綜上所述，通過免疫調(diào)節(jié)改善損傷修復(fù)預(yù)后是一個(gè)非常復(fù)雜的病理生理過程，不同組織損傷修復(fù)形成的局部微環(huán)境都不盡相同。組織工程材料特性對免疫系統(tǒng)的影響使我們認(rèn)識到一個(gè)全新的、有價(jià)值的免疫治療領(lǐng)域。業(yè)已明確，材料的成分、理化性質(zhì)等諸多特性均能改變材料本身的免疫原性，對材料免疫特性的分析，有助于指導(dǎo)未來組織工程設(shè)計(jì)出更優(yōu)化的具有免疫調(diào)控性能的支架材料，更加高效安全地促進(jìn)組織的愈合與再生。值得指出的是，材料的不同特性也存在復(fù)雜的交互作用，相關(guān)免疫調(diào)控效應(yīng)研究非常有限，需要更加深入的探索和了解，以促進(jìn)其更快更好地向臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。