壳聚糖在医药材料的研究进展

壳聚糖在医药材料上的研究进展
吴苏亚
南京中医药大学 08药学一班 042008118
摘要：甲壳素是一种丰富的自然资源,壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物。

随着壳聚糖及其衍生物研究的迅速发展,其研究内容和应用范围越来越广泛。

这篇文章对壳聚糖的物理化学以及生物学特性作了阐述,对壳聚糖基生物医药材料的研究及应用现状作了介绍,并指出壳聚糖的定向接枝和修饰正在成为生物材料新的研究热点和方向。

关键词：壳聚糖，医药材料
Application Process of Chitosan-based Medical Materials
Wu Suya
Abstrac：Chitinwas an abundantnatural resource, and chitosanwas the productof the deacelation reaction of chi-tin.Chitosan and their derivatives have been studied for long time by more and more group. Their ap-plication field becomes wider and wide. The physicochemical and biological properties of chitosan and its derivatives as biomedical materials were described. Furthermore,current applica-tions of chitosan biomaterials and their development trends were introduced.It is also proposed that the selec-tive graft and modification of chitosan is a new research focus and direction in the fields of biomedical materi-als.
Key words: chitosan; medical material
壳聚糖是甲壳质的主要衍生物,又称为甲壳胺、壳多糖、几丁(聚)糖、可溶性甲壳素、脱乙酰甲壳素、粘性甲壳素、聚氨基葡萄糖等,化学名为聚-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。

壳聚糖是一种天然聚阳离子多糖衍生物,具有优良的生物亲和性,其分子链上丰富的羟基和氨基使其易于进行化学修饰而赋于多种功能。

由于壳聚糖及其衍生物安全性良好，且具有可降解性和组织相容性，因此在医药材料中也得到广泛应用。

壳聚糖制成的医药材料,除了具有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,具有很好的应用前景。

本文讨论
了壳聚糖的理化性质和药理活性,并对其作为生物医药材料的应用进展进行综述。

1、壳聚糖的理化性质及药理活性
1.1物理性质
壳聚糖呈白色或灰白色,略有珍珠光泽,半透明无定形固体,约在185℃分解,不溶于水和稀碱溶液,可溶于稀有机酸和部分无机酸(盐酸),但不溶于稀硫酸、稀硝酸、稀磷酸、草酸等。

壳聚糖作为溶液被存放和使用时,需处于酸性环境中,但由于其缩醛结构的存在。

使其在酸性溶液中发生降解,溶液粘度随之下降,最终生成葡萄糖胺。

1.2化学性质
壳聚糖分子的基本单元是带有胺基的葡萄糖,分子中同时含有氨基和羟基,性质比较活泼,可修饰、活化和偶联。

1)壳聚糖分子中的—OH和—NH2基团具有配位、螯合作用,可以与交联剂进行交联、接枝改性成网状或树枝状等结构。

2)壳聚糖分子中的—NH2与过渡金属元素形成配合物,再与交联剂作用,形成具有一定“模板剂”的记忆力和选择性吸附性能。

3)壳聚糖在适当条件下可进行酰基化,制备具有低碳数水溶性衍生物和高碳数疏水性衍生物。

1.3药理活性
1）抗菌活性:已有大量的研究证实壳聚糖及其衍生物具有广谱的抗菌活性，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、枯草杆菌、八叠球菌、放线菌和热带白色念珠菌等均具有抑制作用。

2)调节脂质代谢:壳聚糖可以通过抑制脂质等的吸收，用于降脂、降胆固醇。

壳聚糖在胃中能与胃酸作用形成复合盐，吸附甘油三酯、脂肪酸、胆汁酸和胆固醇等形成不溶性的复合物，通过消化系统排出体外。

3)调节凝血功能：壳聚糖通过表面的正电荷与红细胞表面带负电的神经氨酸残基的相互作用，介导红细胞聚集，从而可以实现其止血的作用。

1、壳聚糖在生物医药材料的应用
2.1纳米载药微粒
壳聚糖纳米载药微粒包括纳米粒子和纳米胶囊,是直径在10~150 nm之间的固态、胶态粒子,药物活性组成通过溶解、包裹作用位于粒子内部,或吸附、附着于粒子表面。

将壳聚糖应用于纳米载体的研究，是20世纪90年代末逐渐发展起来的新兴研究领域。

载药壳聚糖纳米粒的制备方法包括离子凝胶化法、复凝聚法、共价交联法、乳滴聚结法等。

目前壳聚糖纳米粒主要应用于基因治疗的载体、药物的缓释和靶向制剂、蛋白质和多肽的特殊制剂。

壳聚糖制成的纳米粒具有靶向、缓释、增加药物吸收等作用。

纳米载药系统特有的性质,使其在药物输送方面具有独特的优势。

纳米载药微球也由于其靶向性,以及可以降低药物的毒副作用,成为目前药剂学研究的热点之一。

2.2 吸附剂
壳聚糖具有生物相容性和血液相容性,在医学上可以用作免疫吸附剂。

研究发现,将聚赖氨酸固定涂覆到壳聚糖的尼龙膜上形成的膜,可以吸附胆红素-磷酸盐溶液和胆红素-白蛋白溶液中的胆红素.研究制得的纳米羟基磷灰石/壳聚糖(n-HApC)生物无机复合物,其脱氟能力遵循朗缪尔等温线,通过对含氟样水检测,发现其脱氟能力为1 296 mg/kg,微球可以回收使用,是一种有效的除氟吸附剂。

内毒素血症(Endotoxemia)可出现于多种疾病过程中,导致器官坏死、不可逆休克和死亡。

如何及时有效地清楚患者体内的内毒素,是临床医学面临的一个难题.以交联壳聚糖为载体,发现连接乙烯胺类配体的吸附剂对内毒素有很高的附量及清除率,并且随着配体上氨基含量的增加,单位配体的吸附量明显增大,血液相容性实验证明其具有良好的相容性,临床应用前景广阔。

2.3壳聚糖微囊/微球
微球按制备材料分可分为淀粉微球、明胶微球、白蛋白微球、聚酣类微球、壳聚糖微球、聚乳酸微球等。

微球是目前作为缓控制剂研究的热点,常见的制备壳聚糖微球的方法有:乳化化学交联法、pH调节法、喷雾干燥、溶剂蒸发法、膜乳化-两步固化学法等,其中以乳化交联法最为常见,即药物分散于壳聚糖醋酸水溶液中,与表面活性剂的甘油相混合处理后,再与戊二醛、甲醛环氧氯丙烷等乳化交联便可制成[36]。

这类微球不仅具有缓释功能,还具有载药量大,性能稳定的特点,更可靶向分布于肿瘤组织,加强药物的穿透性和滞留性,提高药物的稳定性及生物利用度,降低全身血液浓度,减少毒副反应。

2.4作为靶向载体
利用壳聚糖及其衍生物在不同酸性环境中具有不同的药物释放速率的特性,制成具有吸收部位特异性的消化道制剂,可起到靶向作用。

如在众多的结肠靶向药物传递系统中,以壳聚糖及其衍生物作为辅料的生物高分子药物传递系统可被结肠部位的微生物所降解,是一种优良的结肠靶向的传递系统,因而具有广泛的应用前景。

2.5医药敷料
可以有效抑制生物医药材料之间的非特异性.将壳聚糖设置于材料表面,通过配体与细胞表面受体间的生物识别赋予材料生物相容性和特异性。

壳聚糖凭借其优异的生物相容性,既是优良的材料,又是优异的受体。

以壳聚糖为原料,可以制成不同临床目的的医药材料.其作用机理可能是由于甲壳素和壳聚糖带有一定的正电荷,可以从血液中分离出血小板因子-4,增加血清中H6水平或促进血小板凝集, 进止血和细胞基质再生,加速皮肤以及骨组织的形成。

通过将甲壳素或壳聚糖细粉直接散布在伤口或喷雾于创面,可以促使伤口愈合速度提高22%~55%。

3、结语
壳聚糖及其衍生物具有资源丰富、价格便宜、安全无毒等优点,应用领域十分广阔,有巨大的潜在市场。

加强对壳聚糖及其衍生物产品的研究开发,使之产业化,特别是在医药及保健品领域,必将产生巨大的经济效益和社会效益,为我国的经济发展做出新的贡献,造福人类。

参考文献:
[1] 陈碧琼,孙康.甲壳素和壳聚糖的医药应用及开发近况[J].中国药物化学杂志,2001,11(4):245-248.
[2] NIE H M,WANG C H. Fabrication and characteriza-tion of PLGA/Hap composite scaffolds for delivery ofBMP-2 plasmid DNA[J].Journal of Controlled Re-lease,2007,120(1-2):111-121.
[3] 张步宁,崔英德,陈循军,等.甲克素/壳聚糖医用敷料研究进展[J].化工进展,2008,27(4):520-526.
[4] SING D K,RAY A R. Biomedical applications of chitin, chitosan, and their derivatives[J].JMS-RevMacromolecular Chemistry
Physics,2000,40(1):69-83.
[5] MANJUBALA I, SCHELER S, BOSSERT J, et al.Mineralisation of chitosan scaffolds with nano-apatite formation by double diffusion technique[J].Acta Bio- materialia,2006,2(1):75-84.
[6] MARTIN H J,SCHULZ K H,BUMGARDNER J D,et al.Enhanced bonding of chitosan to implant qualitytitanium via four treatment combinations[J].ThinSolid Films,2008,516(18):6277-6286.
[7] SHI W,ZHANG F B, ZHANG G J. Adsorption of bilirubin with polylysiner carrying chitosan-coated ny-lon affinity embranes[J].Journal of ChromatographyB,2005,19(2):301-306.
[8]杨冬芝,刘晓非,李治,等.壳聚糖抗菌活性的影响因素[J].应用化学,2000,17(6):598～602.
[9]李治,刘晓非,管云林.O-羧甲基壳聚糖抗菌性研究[J].日用化学工业,2000,3:10～11.
[10]凌沛学,荣晓花,张天民.壳聚糖及其衍生物的医药研究进展[J].食品与药品, 2008, 10(9): 69-71.
[11]罗晔,唐大川,罗海燕,等.壳聚糖在医药领域的应用研究[J].海峡
药学, 2009: 21(5): 12-17.
[12]陈新梅.壳聚糖微球研究进展[J].药学进展,2009:12(6):734-737.
[13]蒋珍菊,王周玉,胡星琪.壳聚糖类肝素衍生物抗凝血性能研究
[J].化学与生物工程
[14]王慧彦,侯光辉,俞玫,等.以壳聚糖为载体的内毒素吸附剂[J].高等学校化学学报,2005,26(4):680-682.
[15]张娅.壳聚糖及其衍生物在医药领域中的应用[J].
云南中医药杂志,2005,26 (1):47-48.。