特别专题｜《透明质酸研究与应用》解读第7章：透明质酸的交联和修饰

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《透明质酸研究与应用》解读第7章

透明质酸的交联和修饰

2026年01月01日 18:05

本文摘自《透明质酸研究与应用》。Bioπ中国美肤科学传播平台发布本文只是为了更多的信息参考，不代表任何有倾向性的投资意见或市场暗示。

THE END

透明质酸（Hyaluronic Acid，HA）是一种广泛存在于生物体内的天然多糖，因其出色的保水性、生物相容性和非免疫原性，在生物医药、组织工程和化妆品领域应用广泛。然而，天然HA的稳定性差、易降解、机械强度不足等缺点限制了其进一步应用。通过交联和化学修饰改性HA，可显著提升其性能，拓展其应用范围。

1、双环氧化合物交联

双环氧化合物可以与HA发生交联反应，常用交联剂有1,2-乙二醇二缩水甘油醚（EDDE）、1,4-丁二醇二缩水甘油醚（BDDE）等。在碱性环境中，环氧环开环与HA上的羟基发生反应，生成含醚键的交联产物；在酸性环境中，环氧环开环与HA上的羧基发生反应，生成含酯键的交联产物。在实际应用中多为碱性条件下进行交联。

2、二乙烯基砜（DVS）交联

DVS在碱性条件下与HA羟基反应，形成含醚键的三维网状结构。通过控制HA和DVS浓度，可调节产物的理化性质，如黏弹性、抗酶解性能等。DVS交联HA产品已用于组织填充剂和关节腔注射液，但DVS毒性较高，限制了其应用。

3、碳二亚胺交联

碳二亚胺类交联剂（如1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC））可使HA分子间直接形成共价键。EDC与HA的羧基反应，生成O-酰基脲中间体，进而与另一HA分子的羧基反应形成酰胺键。该方法反应条件温和，但对pH

4、 Ugi 和 Passerini交联：

Ugi反应由羧酸、醛、异腈和胺四种成分参与，Passerini反应由羧酸、醛和异腈三种成分参与，均可实现HA的交联。Ugi反应生成的酰胺键较稳定，而Passerini反应生成的酯键稳定性相对较差。

5、酰肼交联：

在EDC存在下，HA与酰肼化合物反应，胺基与HA羧基形成酰胺键。酰肼化合物交联HA的反应需要在一定的pH范围内（3.5~4.7）进行。随着反应的进行，H+不断被消耗，pH逐渐升高，需要不断调节pH

6、双氨基化合物交联：

利用氨基酸分子内的两个氨基与HA进行酰胺化交联反应。有研究使用赖氨酸乙酯二盐酸盐作为交联剂制备的交联HA凝胶，具有耐高温、抗酶解等特性。

7、光介导交联：

首先将HA分子上接入光敏基团（如丙烯酸类、巯基-烯基等），再在光照射下引发交联反应。光交联反应可以在生理条件下进行，不会对组织细胞产生毒副作用。可以将凝胶前体与引发剂植入到缺陷部位，然后使用强光透皮照射，在组织内原位合成交联凝胶。由于光交联后不需要纯化，因此可以先将药物加到反应体系中，制备具有三维网络结构的药物缓释载体。

8、酶介导交联：

利用辣根过氧化物酶、谷氨酰胺转氨酶等酶的催化作用，使HA发生交联。酶交联条件温和、生物相容性好，但力学强度较低，酶介导的交联HA也被用于体内原位交联。

9、其他类交联：

点击化学反应是重要的修饰后交联方法，如Cu（I）催化的炔-叠氮化物环加成反应，但Cu（I）的毒性促使无铜催化的点击化学交联成为研究趋势。此外，Diels-Alder反应、Michael加成反应等也常用于制备交联 HA凝胶。还有自交联方式，如巯基化HA

（一）羧基修饰

HA的羧基修饰反应主要有酰胺化反应和酯化反应。酰胺化反应是伯胺类或酰肼类物质与活化后的羧基反应形成酰胺键，而酯化反应通常是先将HA转化成四丁基铵盐的形式，在非水相中羧基与羟基发生酯化反应。

1、羧基酰胺化

常用碳二亚胺类、氯化4-(4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪-2)-4-甲基吗啉（DMTMM）、1,1´-羰基二咪唑（CDI）、2-氯-1-甲基吡啶碘化物（CMPI）等活化剂活化

2、羧基酯化

通过将HA羧基转化为四丁基铵盐，再与烷基卤化物在有机相中反应实现酯化，可提高HA的疏水性和机械性能。如意大利Fidia公司制备的HA酯类衍生物，用于组织工程支架和术后瘢痕修复等。

（二）羟基修饰

1、羟基醚化

HA的羟基形成醚键是常见的反应方式。当反应体系的pH高于HA羟基的pKa值（pKa≈10）时，羟基会发生去质子化，此时的羟基比羧基更亲核，环氧化物会优先与羟基反应形成醚键，从而将修饰物接枝到HA链上。在碱性条件下，环氧化物或环硫化物与HA羟基反应形成醚键或硫醇修饰的HA衍生物。

2、羟基酯化

通过酸酐类物质、甲基丙烯酸酐等与HA羟基反应形成酯键。制备的两亲HA衍生物可用于低水溶性药物运输；甲基丙烯酸化的HA衍生物可作为光交联水凝胶的前体。酸酐类物质的溶解度有限，反应中为了达到预期的化学改性，必须使用过量的试剂。而且这类方法大多在有机相中完成反应。

3、羟基硫酸化

硫酸化是通过硫酸化剂（三氧化硫/吡啶络合物、三氧化硫/二甲基甲酰胺络合物等）与羟基的反应完成的，每个双糖单位可以有1~4个羟基发生硫酸化，而硫酸化程度取决于硫酸化剂/HA双糖单位的比例。HA的6号位OH基团首先被硫酸化，随着硫酸化程度的增加，硫酸化HA的凝血时间明显延长。

4、羟基氧化：

以高碘酸钠等氧化剂氧化 HA 羟基，引入醛基，可进一步与胺基反应修饰 HA。如 Nair 等利用壳聚糖和氧化 HA 制备水凝胶，用于组织工程材料。

以高碘酸钠（NaIO4）为氧化剂氧化HA是一种很常见的羟基氧化改性的方法。NaIO4氧化HA链中葡萄糖醛酸的第二和第三碳原子（C-2和C-3）上的邻近羟基，导致C-C键的断裂，在葡萄糖醛酸上形成两个醛基，氧化后的HA中的醛基可与胺基反应，进而对

（三）N-乙酰氨基去乙酰化

HA与一水合肼、硫酸肼和碘酸一起经过处理，HA的N-乙酰氨基葡萄糖上的乙酰基脱离，得到去乙酰化的HA。去乙酰化HA在的吸湿能力以及干燥和保湿能力均明显小于其各自的未修饰的HA。

透明质酸的交联和修饰方法多样，每种方法都有其特点和适用范围。直接交联可快速提升HA的力学性能和稳定性，修饰后交联则能实现更精准的性能调控和功能化。化学修饰可赋予HA新的化学特性和生物功能。未来，随着研究的深入和技术的发展，透明质酸的交联和修饰将在生物医药、组织工程等领域发挥更大的作用，推动相关产品和应用的创新与进步，更好地满足临床和市场需求。

敏感，且存在生成不稳定副产物的问题。研究发现，双碳二亚胺交联可提高产物稳定性。

值使其处于合适范围。研究者发现，酰肼交联的

HA

产物，其稳定性与交联剂的结构有关，与交联度的关系反而较小，例如含有更多疏水基团的酰肼交联剂制备的交联

HA

凝胶，其抗酶解性能更强。

自交联水凝胶，可在体内被降解，作为药物载体。

HA

羧基，再与胺基反应形成酰胺键。碳二亚胺类介导的羧基酰胺化反应条件温和，但

EDC

易水解且会产生副产物；

DMTMM

介导的活化在中性水

-

乙腈混合液中进行，避免了有机溶剂的大量使用；

CDI

介导的活化反应时间较长，但修饰度较高；

CMPI

介导的活化需在有机溶剂中进行，可实现

HA

与其他分子的高效连接。

HA

进行修饰。