壳聚糖作为药物载体在医学领域中的应用

壳聚糖作为药物载体在医学领域中的应用摘要：壳聚糖的理化性质、生物活性以及安全性都符合作为药物载体的标准，药物包封于壳聚糖后其释放主要决定壳聚糖的生物降解和溶蚀，控制药物释药的浓度和时间，使药物的释放时间明显延长，对疾病治疗另辟了新的方法和途径。

关键字：壳聚糖药物载体医学应用前言作为新型药物输送和控释载体，可生物降解的聚合物纳米粒子，特别是基于多糖的纳米微球和纳米微囊，因其具有良好的生物相容性、超细粒径、合理的体内分布和高效的药物利用率，近年日益受到广泛关注。

可生物降解聚合物纳米微粒不仅可增强药物的稳定性、提高疗效、降低毒副作用，而且可有效地越过许多生物屏障和组织间隙到达病灶部位，从而更有效地对药物进行靶向输送和控制释放，是包埋多肽、蛋白质、核酸、疫苗一类生物活性大分子药物的理想载体[1]。

壳聚糖是一种生物可降解的高分子聚合物，由于其良好的生物可降解性、对生物黏膜较强的黏附性、无毒性及组织相容性，是一种理想的药物载体。

由壳聚糖制备的纳米微球可以能够提高药物的稳定性、提高了疏水性药物的溶解度、改变给药途径、增加药物的吸收、提高药物的生物利用度、降低药物的不良反应等特点；也可以缓释、控释、靶向释放药物等。

因此，壳聚糖纳米微球作为药物载体有着巨大的应用潜力。

1.1壳聚糖的物理化学及生物学性质随着对其物理化学和生物特性的不断揭示，壳聚糖基纳米微粒现已被认为是一类极具应用前景的药物控释载体，特别适用于具有生物活性大分子药物的包埋和释放。

从技术角度来看，壳聚糖最重要的优势在于它的可溶性和带正电性，这些特点使其在液态介质中可与带负电荷的聚合物、大分子甚至一些聚阴离子相互作用，由此发生的溶胶-凝胶转变过程则可方便地用于载药纳米微粒的制备；从生物药剂角度来看，壳聚糖纳米微粒具有附着在生物体粘膜表面的特性，这使得它尤其适用于粘膜药物的靶向输送。

黄小龙等[2]通过实验证明了壳聚糖纳米粒子能打开小肠上皮细胞间紧密的节点，使大分子药物更易越过上皮组织、增加药物在小肠内的吸收；Luessen等[3]用壳聚糖纳米微粒包埋多肽类药物-布舍若林，发现药物在小鼠体内吸收的生物利用度达5.1％，而未被包埋药物的生物利用度仅为0.1％。

纯净壳聚糖为白色或灰白色，半透明的片状固体。

主要特性有：(1)不溶于水和碱性溶液，可溶于低浓度无机酸或某些有机酸溶液。

在稀酸中壳聚糖的β-1，4糖苷键会慢慢水解，生成低分子壳聚糖，溶液呈黏稠状。

(2)壳聚糖在溶液中是带正电荷多聚电解质，具有很强的吸附性。

(3)壳聚糖的溶解性与脱乙酰度、分子量、黏度有关，脱乙酰度越高，相对分子质量越小，越易溶于水；相对分子质量越大，黏度越大。

壳聚糖是为N-乙酰-D-葡糖胺和D-糖胺的共聚物，由甲壳素碱化脱乙酰基所得，其结构类似于纤维素。

壳聚糖含有游离氨基，呈弱碱性，不溶于水和有机溶剂，但溶于酸性溶液。

KATO等［4]发现壳聚糖的氨基能与芳香醛或脂肪醛反应生成西佛碱。

因此，可用具有双官能团的醛或酸酐与壳聚糖交联，交联产物不易溶解，溶胀也小，性质较稳定。

壳聚糖除具有良好的生物黏附性、生物相容性、免疫刺激活性、抗肿瘤外，还具有抗酸、抗溃疡、降血压、降血脂、抗菌、抗凝血、抗心律失常等作用。

作为一种阳离子型高分子聚合物，壳聚糖可以通过化学交联、静电吸附等作用方式把药物包裹起来，在药物表面形成一层半透膜，药物释放的时候要克服大分子骨架的阻碍，使药物释放时间显著延长，从而达到缓释控释的目的。

壳聚糖具有良好的生物相容性，进入人体后可被人体吸收，且不引发免疫排斥反应，其降解产物为寡聚糖和单糖，终产物为CO：和H：O，安全无毒。

除了具有良好的成膜、絮凝、黏膜吸附等特性外，壳聚糖还具有降血压、降血糖、降血脂、抗菌、抗肿瘤、抗凝血、抗心律失常等作用[5]。

另外，壳聚糖来源广泛，价格低廉，是一种理想的药物载体。

1.2 壳聚糖微球的缓释机制壳聚糖微球中药物的释放一般认为有以下3种机制[6]：1、扩散：即位于壳聚糖微球表面或靠近微球表面的药物分子扩散到介质或组织中，形成药物的初次爆释，此过程基本上足物理过程，符合Higu-chi释药规律。

2、壳聚糖的溶解：溶解速率取决于壳聚糖的性质、介质的组成、pH值、体积和温度等。

3、壳聚糖的降解：被体内的溶菌酶、胃蛋白酶降解，成为体内的代谢产物，使药物释放出来，但仍需溶解及扩散才能进入体液。

1.3影响壳聚糖微球中药物缓释效果的因素[7-9]1.3.1壳聚糖与药物的比值药物的相对含量愈少，药物被包裹得愈紧密，药物的释放速率通常也就越慢；反之，则释药速度越快。

因此，药物的释放速率叮借助壳聚糖的用量来调节。

1.3.2交联度在采用乳化-交联法制备壳聚糖微球时，壳聚糖的交联度越大，即交联剂用量越多，交联时间越长，则粒子越紧密，药物释放速率越低。

1.3.3壳聚糖相对分子质量在交联度与脱乙酰度一定的情况下，壳聚糖相对分子质量越大，则形成的网络越疏松。

因此，缓释药物释放速率随相对分子质量的增大而增加。

1.3.4壳聚糖脱乙酰度极性分子药物与壳聚糖之间存在一定的结合力，脱乙酰度越大时，结合力越大，缓释效果越好。

但是当脱乙酰度超过90％时，药物的释放性能变化不大。

1.3.5粒度药物与壳聚糖载体的比例当两者材料比例恒定时，药物的颗粒愈小，表面积愈大，药物的释放速率就愈快。

1.3.6缓释介质由于壳聚糖易溶于酸性溶液，所以介质的pH值对药物的释放性能影响较大。

释放介质的pH值愈小，药物的释放速率就愈大，即在高pH介质环境里缓释效果好。

此外，释放介质的组成和离子强度等对药物的释放性能也有一定的影响。

另外，药物的性质、药物释放速率测定方法等也影响壳聚糖微球中药物的缓释效果。

2壳聚糖药物载体的制备方法微球的制备方法足控制微球内药物释放的关键。

目前，壳聚糖微球的制备研究方法主要有共价（乳化）交联法、离子诱导法、反相微乳法、沉淀/凝胶法、喷雾干燥法、大分子复合法、自组装法7种方法。

2.1共价（乳化）交联法利用壳聚糖分子链上的氨基或羟基与一些化学交联剂反应的特性，可在一定条件下制备出壳聚糖类药物纳米载体。

Ohya1994年首次以戊二醛为交联剂，运用乳化交联法制备了表面带有阴离子多糖NAPGA的氟尿嘧啶壳聚糖微球，可被细胞表面特殊的受体识别，此种微球对肝癌细胞有特殊亲和力和抗癌作用。

该法具体为：将药物溶解或分散于壳聚糖醋酸溶液，作为水相；将加入含有表面活性剂的乳化剂作为油相；在一定的搅拌速度下，将水相缓慢滴入油相中，形成W/O型乳剂，再加入不同剂量的戊二醛、甲醛等交联剂，形成的微球经过滤或离心，并用适宜的溶剂洗涤，干燥，即得壳聚糖微球。

这些开创性工作显示了合成稳定性和重现性好、能包埋及释放药物的壳聚糖纳米载体材料的可行性。

该法存在一些不足：戊二醛作为交联剂，有一定的毒性和刺激性，可与一些药物反应使被载药物失效，同时也会对细胞的存活率产生不利影响。

使用新的化学交联剂如甘油醛等可有效解决此问题。

2.2离子交联法离子交联法是目前壳聚糖纳米粒制备中最常使用的方法。

壳聚糖溶于醋酸溶液中其氨基基团发生质子化，带有大量正电荷，在电磁搅拌下，用针头（或喷嘴）滴入（或喷入）一定浓度的阴离子溶液，对壳聚糖进行离子诱导凝胶化，即可制得纳米粒。

离子交联法在室温条件下可进行，不使用有机溶剂，可通过调整壳聚糖溶液浓度、pH值及壳聚糖与阴离子凝胶剂的质量比调整粒径范围，冻干后复原可以保持球的完整性和药物成分的活力。

常用的阴离子凝胶剂有：三聚磷酸钠、柠檬酸钠、硫酸钠等。

Huang等[10]合成了包埋人类细胞A549的壳聚糖纳米微粒；De Campos等[11]制备出壳聚糖纳米粒子用于治疗外眼球疾病药物CyA，通过眼球粘膜的输送，提高了药效。

值得一提的是，通过离子诱导法制备的壳聚糖类纳米载体特别有利于多肽、蛋白质、疫苗、寡核苷酸一类大分子药物的输送。

究其原因，这不仅是因为纳米载体的形成是在极其温和的条件下进行且其粒径大小、表面电荷、药物释放速率可方便地通过改变条件和粒子组分进行调控，而且还因为它通常具有高的药物包埋率及可保留药物的活性和完整性。

2.3沉淀/凝胶法Berthold等［12］于1996年首次提出使用硫酸钠为沉淀剂制备壳聚糖微粒。

在壳聚糖的醋酸溶液中，加入吐温原愿园作为分散剂，将硫酸钠溶液滴入搅拌的壳聚糖溶液中，超声处理，通过溶液的浊度来判定微粒的形成。

可通过选择不同分子量的壳聚糖、调节搅拌速度及超声强度制备不同粒径的纳米微球。

2.4反相微乳法Mitra等[13]2001年首次使用反相微乳法制备了负载右旋糖苷-多柔比星的壳聚糖纳米微粒。

W/O反相微乳法同乳化交联法相似，唯一不同的是水相被表面活性剂包裹形成微水滴分散于油相中。

本法通过控制微水滴的大小，控制纳米微粒的大小。

2.5喷雾干燥法喷雾干燥法是在惰性热流中，将一定比例的药物壳聚糖稀醋酸溶液，或与油相形成O/W、W/O/W、O/W/O乳液进行喷雾后加入交联剂或直接热固化成球。

一般说来，乳化喷雾获得的微球粒径分布较窄。

Mi等［14］报道，以京尼平为交联剂通过喷雾干燥法，制备了一种低毒性的注射用壳聚糖基质给药系统。

研究结果表明，与戊二醛交联的壳聚糖微球相比，京尼平交联的壳聚糖微球有更好的生物相容性和更慢的降解速率，适用于长效靶向控释制剂，是一种合适的用于长循环注射给药系统的聚合物载体。

喷雾-液体凝聚法是对喷雾干燥法的进一步改良，系将液体成分雾化成小液滴，在溶剂中凝聚形成固体颗粒的过程。

此法制备的壳聚糖微球是酰化壳聚糖微球，因酰化壳聚糖微球是疏水性的，从而降低了微球的吸胀能力，克服了喷雾干燥法制备的壳聚糖微球释药快的缺陷，达到延缓药物释放的目的。

2.6大分子复合法将荷电相反的阴离子聚合物同壳聚糖在溶液中进行复合，借两种聚离子之间的相互作用也可在一定条件下形成壳聚糖基载药纳米微粒。

据此，Hu等 1最近采用两种途径制备了包埋丝缩氨酸、粒径介于50—400nm的壳聚糖／聚丙烯酸复合型纳米载体：一种途径是先将壳聚糖溶解于所需浓度的丙烯酸单体溶液中，然后加入引发剂进行模板聚合；另一种途径则是将聚丙烯酸溶液直接滴加到壳聚糖乙酸溶液中。

随着反应的进行，壳聚糖分子链上的质子化氨基与聚丙烯酸分子链上的羧基借库仑力作用产分子内和分子间的相互连接，进而使得壳聚糖分子链发生卷曲和收缩，导致壳聚糖溶液凝胶并纳米粒子化。

研究发现，由此制得的纳米微粒在pH值为4—8的酸性和中性条件下非常稳定，而在pH值大于9的碱性条件下发生聚集。

较之直接滴加制备法，模板聚合法更易控制所得微粒的大小、表面形貌和结构。

体外释放实验表明，这些载药纳米微粒能提供直到lOd的连续释放，且具有pH敏感特性，尤其适合用作药物在胃道内的控制释放。

2.7自组装法经化学改性的壳聚糖在溶液中有自簇集组装特征，可以在一定条件下制备出壳聚糖纳米微粒。