壳聚糖纳米凝胶药物载体

一壳聚糖简介壳聚糖纳米凝胶粒子近年来在药物释放领域吸引了众多研究者的目光。

因为其将凝胶与纳米粒子的优点结合在一起，具有更强的应用性。

凝胶（Hydrogel）是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，具有亲水性及高吸水性，多功能性，生物相容性。

凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成凝胶。

纳米粒子在药物制剂中具有很多优越性，延长药物在循环中的时间，具有靶向性。

可使大分子顺利通过上皮组织，促进药物的渗透吸收，有效提高药物的生物利用度，减少副作用。

结合以上二者的优点，并且壳聚糖本身除了具备普通高分子材料的物理化学、机械性能稳定以及可接受消毒等相应处理的特性外,还能够在生物体内酶解成易被吸收、无毒副作用的小分子物质,并且不会残留在活体内。

因此壳聚糖制成的纳米凝胶粒子作为药物释放材料具有很好的应用前景。

制备壳聚糖纳米凝胶粒子有很多方法，本文就其制备研究作一综述。

二壳聚糖纳米凝胶粒子的制备1.共价交联的壳聚糖纳米粒子对基于壳聚糖的纳米结构的最早研究主要是对其聚合物链段上的交联的研究。

Watzke与Dieschbourg通过四甲氧基硅烷（tetramethoxysilane，TMOS）与壳聚糖单体上的羟基反应制得了壳聚糖与二氧化硅的纳米复合物。

形成了具有互相贯穿的网络结构的微乳凝胶。

这种纳米复合物一个特别的性质就是：用液态二氧化碳临界点干燥的时候，其网络结构会扩张。

TMOS的引进使之形成非透明的白色固体状物质。

电子扫描电镜显示，经临界点干燥的样品具有大孔结构，一定量时能够散射光。

另外，当反应时液相的pH不一样时，最终得到纳米复合物的结构也不一样。

这一研究虽然形成了聚合物网络结构，却并没有将其与有用的活性药物结合起来。

后来Ohya 等[6 ] 首次报道了采用共价交联法,制备内含5-氟尿嘧啶(5- Fu) 抗癌药物的壳聚糖纳米粒子。

即用戊二醛共价交联壳聚糖分子链上的氨基,制得壳聚糖凝胶纳米球,5-氟尿嘧啶药物固定在纳米球里。

因为5-氟尿嘧啶的化学式里同样含有一个氨基端基，因此戊二醛会像连接两条壳聚糖链一样，不加区别地将这种活性药物绑入聚合物。

这样药物就被固定化而不是被包裹。

这些研究证明了合成用于包埋和运输药物并且稳定可再生的壳聚糖纳米粒子具有很大的可行性。

2 离子交联的壳聚糖纳米粒子壳聚糖的阳离子性很早就被利用于特殊药物释放系统。

壳聚糖除了能够与带负电荷的聚合物结合外，还有一个很重要的性质就是能够与聚阴离子之间离子凝胶化。

近年来壳聚糖纳米粒子在壳聚糖与三聚磷酸盐的离子凝胶化基础上改进了，更适用于药物包埋。

这种简单而具有前景的技术主要在于，将PH=7～9的包含了TPP的碱加入到PH=4～6包含了壳聚糖的酸中。

由于TPP磷酸盐与壳聚糖氨基基团产生了分子间和分子内的分子联动，在两相接触的瞬间就会产生纳米粒子。

Shu等用一种新方法，交联时间长，可以得到结构均一，并且力学强度大大提高的纳米粒子。

药物装载率高达90%。

还可表面涂覆多酸，比如海藻酸钠，形成一种聚电解质复合膜，增加药物装载率，延长药物释放时间。

如图1。

图1 扫描电镜图（A）TPP/壳聚糖粒子；（B）TPP/壳聚糖粒子的表面形貌；（C）粒子涂覆了海藻酸钠后的表面形貌；（D）粒子涂覆海藻酸钠后的横断面图Fig. 1. S.E.M. micrographs (A) TPP/chitosan beads; (B) surface morphology of TPP/chitosan beads; (C) surface morphology of sodium alginate coating TPP/chitosan beads; (D) the cross-sectional morphology of sodium alginate coating TPP/chitosan beads装载胰岛素的壳聚糖纳米粒子可以通过将胰岛素与TPP溶液混合，然后在恒定搅拌速率下将混合液加入壳聚糖溶液而得到。

这样得到的纳米粒子的尺寸在300～400nm之间，表面正电荷在+54～+25mV。

利用这种方法胰岛素的装载率可以达到55%。

壳聚糖纳米粒子，相比于壳聚糖液态溶液，大大增强了胰岛素鼻粘膜吸收。

有很多正在进行的研究证明了用这种方法来装载多肽或者蛋白质，其口服生物利用率会提高。

同时壳聚糖纳米粒子的生物吸附性促进了药物在肠内的吸收。

Pan等利用壳聚糖与TPP阴离子的离子凝胶化制备了装载胰岛素的壳聚糖纳米粒子。

利用得了四氧嘧啶致糖尿病的小鼠，通过让其口服各种剂量的装载胰岛素壳聚糖纳米粒子，来控制小鼠血浆中葡萄糖含量。

研究了壳聚糖纳米粒子促进胰岛素肠内吸收的能力与胰岛素的相对生物利用率。

带正电结构稳定的壳聚糖纳米粒子尺寸在250～400nm之间，胰岛素结合率高达80%。

与体内注射壳聚糖溶液比起来，壳聚糖纳米粒子极大促进了胰岛素在肠内的吸收。

通过加入21.1IU/kg 装载胰岛素壳聚糖纳米粒子，低血糖被延迟了超过15小时。

平均生物利用率相对比皮下注射胰岛素溶液高14.9%。

徐等研究了通过离子凝胶化方法制备壳聚糖纳米粒子的不同配方。

TEM显示了球状粒径20～200nm之间。

3去溶剂化方法制备壳聚糖纳米粒子用去溶剂化方法来合成壳聚糖纳米粒子，是起源于对于微囊包封的研究。

Berthold等最早提出用硫酸钠作为制备壳聚糖纳米粒子的沉淀剂。

所用硫酸钠量取决于制备纳米粒子所用壳聚糖分子量。

他们分别选用了小分子量，中分子量，大分子量的壳聚糖来制备纳米粒子。

在搅拌与超声波作用下，逐滴地将硫酸钠滴入到壳聚糖与聚山梨醇酯（一种悬浮稳定剂）溶液中，壳聚糖粒子便形成了。

沉淀出的粒子处于纳米尺寸与微米尺寸的分界上（900±200nm）。

制备出的粒子用光相关光谱PCS及离心沉降来确定其尺寸大小，是处于纳米与微米分界上。

扫描电镜显示其为表面光滑的规则球形，并且所用壳聚糖分子量对粒子尺寸及表面形貌无影响。

粒子表面zeta电位对于悬浮粒子的稳定，带电荷药物与粒子间相互作用，以及药物释放系统在生物表面的黏附都有一定的影响。

因此，测定纳米粒子的表面电荷也是确定其特征的重要一部分。

用微量电泳方法测得壳聚糖纳米粒子表面带正电荷。

虽然在制备过程中引入了硫酸钠，但是只中和了一部分氨基，剩下的氨基使纳米粒子表面带正电荷。

粒子表面带正电荷，可以吸附大量的阴离子激素在其表面（装载率可以达到30%），比如脱氢皮质甾醇，磷酸钠。

壳聚糖分子量对zeta电位无影响，低pH比高pH制得的粒子zeta电位高。

如图2。

图2 pH对壳聚糖粒子表面zata电位的影响：（●）低分子量壳聚糖；（■）中分子量壳聚糖；（▲）高分子量壳聚糖Fig. 2. Influence of pH on the zeta-potential of chitosan microspheres：(●)low molecular weight chitosan; (■) medium molecular weight chitosan; (▲) high molecular weight chitosan (mean + SD; n = 5).这种技术经转变后来被应用于一种蛋白聚糖的控制释放，这种蛋白聚糖可以在免疫刺激中起到抗肿瘤的作用。

利用戊二醛交联，可以得到分布于600～700nm稳定尺寸的纳米粒子。

但是，由于戊二醛的必要性，限制了其在治疗性活性大分子的释放上的应用。

利用复杂的凝聚作用可以制备出壳聚糖/DNA纳米粒子。

在氨基与磷酸盐基团的比率3～8，壳聚糖浓度100mcg/ml时，得到的纳米粒子尺寸在100～250nm之间窄分布。

壳聚糖/DNA纳米粒子可以在一定程度上保护被包裹的质粒DNA，使其不被核酸酶降解。

4乳液-微滴聚结方法制备的壳聚糖纳米粒子Tokumitsu等介绍了乳液-微滴聚结方法，这种方法将乳液交联与沉淀的原理结合在一起。

在这种方法中，壳聚糖微滴与氢氧化钠微滴是通过聚结引发沉淀，而不是通过稳定的微滴之间的交联。

首先在液态烷烃中得到一种稳定乳液，这种乳液含有壳聚糖溶液以及将被装载的药物。

同时，用相同的方法得到另一种稳定乳液，含有存在有氢氧化钠在其中的壳聚糖溶液。

最后，在高搅拌速率下，将两种乳液混合在一起。

每种乳液的小滴将会随机相撞而聚结，这样使壳聚糖微滴沉淀而得到小的固态粒子。

在该研究中，Tokumitsu等制备了装载有Gd-DTPA的壳聚糖纳米粒子。

利用这种方法，使用100%脱乙酰壳聚糖时，15%Gd-DTPA液态溶液时，将粒子在水中分散，用动态光散射技术测得粒子平均粒径452nm，药物装载率45%。

当使用壳聚糖的脱乙酰度减小时，纳米粒子中装载的Gd-DTPA含量也减小，但是纳米粒子的尺寸会增大。

当壳聚糖溶液中Gd-DTPA浓度增大时，制得纳米粒子中装载的Gd-DTPA含量也增大，纳米粒子尺寸不变。

尽管Gd-DTPA具有很高的水溶性，当其被装载在纳米粒子里时，在PBS中，释放很缓慢，一星期还只是释放1.8%，但是在血浆中，24h就可以释放91%。

如图3。

图3 Gd从壳聚糖纳米粒子里的释放曲线：（●）在PBS溶液中；（○）在人体血浆中Fig.3.Release of Gd from Gd-nanoCPs:(●)In PBS solution (pH7.4)；(○)In human plasma in vitro5 反相胶束制备的壳聚糖纳米粒子反相胶束是水，油，与表面活性剂的液态混合物。

其在热力学上是稳定的。

从微观上看，反相胶束有同质与各向同性结构，是由水溶液的微球分布于油相中而成。

微球被富集了表面活性剂的薄膜分隔开。

用传统的乳液聚合制备的纳米粒子不仅粒径大（>200nm），而且粒径分布也很广。

但是通过反相胶束的手段就可以得到比较窄分布的超细聚合纳米粒子。

反相胶束微滴中的水相核可以被用作“纳米反应器”来制备这种纳米粒子。

由于这种反相胶束微滴的粒径分布窄，单一分散，粒径通常分布在1～10nm间，因此在药物释放领域有广阔的应用前景。

由于胶束微滴在液态中介中处于布朗运动的状态，这些胶束微滴会不断地相互聚结然后又分开，时间间隔在毫秒与微秒之间。

这些微滴的粒径尺寸，多分散性，热力学稳定性，是通过快速的动力学平衡才得以在系统中维持。

在这种反相胶束的方法中，将表面活性剂溶于一种有机溶剂来制备反相胶束，然后将壳聚糖与药物的水溶液逐渐加入其中，要以恒定的振荡速率，以避免有混浊出现。

就这样调节水相，保持整个混合液处于光学透明的微乳液相。

可以通过添加一定量的水，得到大粒径的纳米粒子。

然后在短时间内，以恒定的搅拌速率向这种透明溶液中加入一种交联剂。

根据药物的不同，能够溶解于这种反相胶束的药物的最大剂量也不同，可以通过逐渐增加药物剂量直至透明分散的溶液变为半透明来确定。