无动物源磷酸化普鲁兰多糖的合成与表征：一种具有可控分子量及优异湿粘附性能的生物可吸收材料

本研究针对动物源生物可吸收材料（如胶原蛋白和透明质酸）存在的感染风险及合成材料降解产物酸性引发炎症等问题，开发了一种新型无动物源磷酸化普鲁兰多糖（Phosphopullulan, PPL）。通过磷酸氯处理法成功合成了内毒素含量低于检测限（<0.78 EU/g）、分子量可控（30万-140万）的PPL，并证实其在湿态硬组织（如牙齿和骨骼）中具有卓越的粘附性能。研究团队通过体外/体内实验验证了PPL的生物安全性、药代动力学（ADME）及作为根管封闭剂（含10% PPL的MTA）的防渗漏能力（p<0.01），其钙离子释放和pH稳定性（pH=12）显著优于现有材料。该材料为硬组织修复和再生医学提供了创新解决方案。

　　

研究背景与意义
随着人口老龄化加剧，牙齿和骨骼等硬组织缺损修复需求日益增长。目前临床常用的生物可吸收材料面临两大困境：动物源材料（如胶原蛋白、透明质酸）存在病毒污染风险，而合成材料（如聚乳酸）的酸性降解产物易引发炎症。更棘手的是，现有材料难以在湿润的硬组织表面实现稳定粘附，导致根管治疗渗漏率高达10%以上，直接影响治疗效果。

北海道大学的研究团队独辟蹊径，从海洋生物粘附机制中获得灵感，选择水溶性多糖普鲁兰（Pullulan）为骨架，通过磷酸氯处理法开发出无动物源磷酸化普鲁兰多糖（PPL）。这种材料不仅实现了分子量（30万-140万）的精准调控，其内毒素含量更是低于检测限（<0.78 EU/g），突破了传统高分子材料因粘度升高导致内毒素难以清除的技术瓶颈。相关成果发表于《Scientific Reports》，为硬组织修复领域提供了革命性解决方案。

关键技术方法
研究采用三种合成路径对比优化：磷酸水溶液加热法（170°C/5h）、微波固相法及磷酸氯碱溶法（最终优选）。通过FTIR（1231 cm^-1
处P=O特征峰）、¹
H/³¹
P NMR验证结构；使用IVIS活体成像系统追踪Alexa Fluor 750标记PPL的体内代谢；通过14C标记测定排泄率（168小时体内残留32.2%）；采用流体渗透法评估根管封闭性能（n=96人离体牙）。

研究结果

合成PPL
磷酸氯碱溶法（方法3）表现最优：磷酸化率可达9.6%，分子量可控范围达140万，且无内毒素残留（<0.78 EU/g）。FTIR在921 cm^-1
处出现P-OH特征峰，³¹
P NMR显示钙离子结合后化学位移改变，证实磷酸二酯交联结构形成。

细胞吞噬实验
POLARIC标记显示：巨噬细胞可在24小时内完全吞噬PPL，中性粒细胞几乎不摄取。这一特性使其既能被机体有效清除，又避免引发过度炎症反应。

体内代谢
小鼠皮下注射显示PPL 5天完全吸收，而肌肉注射代谢更快。14C标记实验证实其主要通过尿液排泄（47.5%/168h），呼气中检出14C表明高分子量PPL仍可生物降解。

骨再生应用
兔股骨缺损模型显示：PPL凝胶植入9周后形成板层骨，被破骨细胞（Oc）和异物巨细胞（GC）吸收，无炎症浸润。JFRL染色可见新生骨髓（BM）和成骨细胞（Ob）活跃。

根管封闭性能
含10% PPL的MTA封闭剂在湿润牙本质表面实现零染料渗透（p<0.01），显著优于树脂基封闭剂（AH Plus）和氧化锌封闭剂（Canals N）。SEM显示其表面可形成针状磷灰石沉淀，钙离子释放量是传统MTA的1.8倍。

讨论与展望
该研究首次将星状分子设计理念应用于生物粘附材料：通过磷酸二酯键构建的二维交联网络，既保留了足够的功能基团结合位点，又克服了线性分子粘度高、润湿性差的缺陷。作为根管封闭剂添加剂时，仅需10% PPL即可使MTA在湿润环境下实现完美密封，同时保持其矿化能力（pH=12）和细胞相容性（存活率100%）。

更值得关注的是，高分子量PPL（>60万）的三维结构为骨再生提供了理想支架。目前该材料已通过日本"SAKIGAKE"创新医疗审批通道，用于腭裂修复的临床试验，有望替代传统的髂骨取骨术。未来通过调整分子量和剂型（液体/粉末/凝胶），PPL在药物递送系统和器官修复中具有广阔应用前景。