殼聚糖納米粒制備研究進(jìn)展及在靶向給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用

謝黎崖 柯金珍 陳月 吳永良

（廈門大學(xué)附屬第一醫(yī)院，福建廈門361003）

在靶向納米藥物拮抗腫瘤生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯的今天，尋找合適的載體材料顯得尤為重要。殼聚糖作為多聚糖胺類的主要代表，因其本身特有的性能和結(jié)構(gòu)，被作為生物醫(yī)學(xué)和納米藥物載體的主要候選材料之一[1-2]。

殼聚糖是甲殼素脫乙酰化的產(chǎn)物，是地球上僅次于纖維素的最為豐富的天然聚合物，其化學(xué)名稱為聚-2-氨基-2-脫氧-β-葡萄糖，是由N-乙酰氨基葡萄糖以α-1，4糖苷鍵縮合而成。殼聚糖的分解產(chǎn)物無(wú)毒性，對(duì)身體健康無(wú)害。殼聚糖的弱堿性使其表面僅帶有弱正電荷，不會(huì)對(duì)周圍的組織產(chǎn)生強(qiáng)烈刺激作用。它還有止痛、止血、促進(jìn)傷口愈合、抗菌、抗酸、抗?jié)?、降血脂和降膽固醇等多種作用[3-4]。殼聚糖分子中的氨基與羥基可與黏液中的糖蛋白形成氫鍵從而產(chǎn)生吸附作用。且黏膜中糖蛋白帶有負(fù)電荷，殼聚糖能與黏膜之間的電荷相互吸引，因此殼聚糖對(duì)生物黏膜具有很強(qiáng)的特異黏附作用[5]，這種作用可延長(zhǎng)殼聚糖在體內(nèi)特定區(qū)域的滯留時(shí)間。其具有良好的生物相容性，毒性也很低，是作為生物醫(yī)學(xué)工程和制備藥物載體的良好材料。近年來(lái)，殼聚糖納米粒作為藥物載體的研究已成為熱點(diǎn)。本文就殼聚糖納米粒的制備方法、在靶向給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 殼聚糖納米粒的制備方法

隨著對(duì)殼聚糖物理化學(xué)和生物特性的不斷揭示，殼聚糖納米?，F(xiàn)已被公認(rèn)為是一類極具應(yīng)用前景的藥物控釋載體。這類載體的制備技術(shù)主要包括共價(jià)交聯(lián)、離子交聯(lián)、沉淀析出、自組裝構(gòu)建和大分子復(fù)合5種方法。

1.1 共價(jià)交聯(lián)法

共價(jià)交聯(lián)法是利用殼聚糖分子鏈上的氨基和羥基可以和一些化學(xué)交聯(lián)劑反應(yīng)的特點(diǎn)來(lái)制備殼聚糖類藥物納米載體。已報(bào)道的利用共價(jià)交聯(lián)法制備殼聚糖納米粒的文獻(xiàn)很多，常用的交聯(lián)劑有：戊二醛、甘油醛、甲醛、環(huán)氧氯丙烷等。Ohya Y等[6]是最早采用戊二醛交聯(lián)劑利用殼聚糖上的氨基，接枝上活性藥物氟尿嘧啶，制備得包含抗癌藥物氟尿嘧啶的納米粒。Kumbar SG等[7]采用該方法制備出了球形且表面光滑的殼聚糖微粒，粒徑范圍為40～230μm。在使用的各種交聯(lián)劑中，戊二醛交聯(lián)的微球擁有最低的藥物釋放速率。然而，需要指出的是共價(jià)交聯(lián)往往會(huì)對(duì)細(xì)胞的存活率和大分子藥物的活性產(chǎn)生不利影響，而且交聯(lián)劑毒性較大，因而用該法制得的殼聚糖納米粒在應(yīng)用上有一定局限性。

1.2 離子交聯(lián)法

離子交聯(lián)法是目前在載藥殼聚糖納米粒的研究中使用最多的方法。1989年，Bodmeier R[8]首次提出了這種方法，它是利用無(wú)毒的三聚磷酸鈉（TPP）對(duì)殼聚糖進(jìn)行離子誘導(dǎo)凝膠化形成納米粒。Zheng AP等[9]利用這一技術(shù)制備了納米粒，通過(guò)對(duì)納米粒的理化性質(zhì)、體外釋放進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)粒子性能的影響有限，TPP的量和包裹的蛋白類型影響更大。Fernandez UR等[10]制備了一種負(fù)載胰島素的殼聚糖微粒。將胰島素和TPP混合，在高速攪拌下滴入殼聚糖醋酸溶液中，其中殼聚糖與TPP濃度之比為6∶1。制備出了粒徑在300～400 nm，載藥率達(dá)到55%的微粒。中國(guó)武漢大學(xué)Xu Y課題組[11]以牛血清蛋白為代表藥物，用離子凝膠法得到了表面光滑的微球。研究發(fā)現(xiàn)分子量、殼聚糖脫乙酰度、殼聚糖和牛血清蛋白的濃度都會(huì)影響藥物的釋放速率和緩釋效果。該方法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，不需使用有機(jī)溶劑，避免了交聯(lián)劑可能造成的毒副作用。但是，離子交聯(lián)法制備的粒子不穩(wěn)定，易受到環(huán)境變化的影響而發(fā)生變形或者分解。

1.3 沉淀析出法

Berthold A等[12]首先提出使用硫酸鈉為沉淀劑制備殼聚糖微粒。過(guò)程中將硫酸鈉加到殼聚糖和吐溫-80的溶液中，在攪拌與超聲波分散的條件下，殼聚糖微粒形成并析出。所得的微粒介于微球和納米粒之間。該方法經(jīng)Tian XX等[13]改進(jìn)，用于表面吸附有抗腫瘤藥物如牛血清白蛋白、細(xì)菌蛋白多糖等的殼聚糖納米載體的制備，獲得粒子的粒徑范圍為600～800 nm。沉淀析出法的另一制備途徑是應(yīng)用乳化劑的擴(kuò)散作用。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將溶有藥物的殼聚糖溶液借助乳化劑的作用分散在親水性有機(jī)溶劑和疏水性有機(jī)溶劑混合的油相中，利用親水性有機(jī)溶劑會(huì)自動(dòng)向水相擴(kuò)散而產(chǎn)生兩相界面流動(dòng)，從而使殼聚糖分子發(fā)生沉降析出，形成想要的納米尺度的微粒[14]?？墒牵恋砦龀龇ㄐ柙谳^苛刻的制備條件如存在乳化劑、有機(jī)溶劑和超聲振蕩下進(jìn)行，且不易通過(guò)反應(yīng)條件的優(yōu)化調(diào)控殼聚糖微粒的大小，因而這種方法在實(shí)際應(yīng)用上亦受到一定程度的限制。

1.4 自組裝構(gòu)建法

這種方法是通過(guò)對(duì)殼聚糖分子進(jìn)行修飾，引入疏水基團(tuán)，使其成為兩親性物質(zhì)，在溶液中自發(fā)形成納米結(jié)構(gòu)。Ohya Y等[15]通過(guò)在殼聚糖分子鏈上接枝上聚乙二醇，發(fā)現(xiàn)在堿性條件下，殼聚糖骨架鏈表現(xiàn)出疏水性質(zhì)，而聚乙二醇鏈則表現(xiàn)的是親水性，這種改性殼聚糖在水溶液中可以發(fā)生膠束化，從而自組裝形成核殼型納米粒子。這種制備方法條件溫和，而且粒子表面存在大量的親水性基團(tuán)或離子基團(tuán)，因此一類親水性強(qiáng)的大分子藥物，如牛血清白蛋白、多肽、胰島素等便容易通過(guò)靜電或者氫鍵相互作用結(jié)合在粒子表面。Sun W等[16]利用改性殼聚糖自組裝形成納米粒載依諾肝素，考察了納米粒形成的影響因素。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，體系pH、殼聚糖與依諾肝素的質(zhì)量比、殼聚糖的濃度、分子量和結(jié)構(gòu)均對(duì)納米粒的形成有影響，可以通過(guò)使用不同的殼聚糖衍生物來(lái)調(diào)節(jié)納米粒的粒徑、電荷和外觀形狀等理化性質(zhì)。劉占軍等[17]通過(guò)在殼聚糖上接枝醋酸乙烯酯，在水溶液中制備了具疏水核心和親水表面的納米粒，再通過(guò)混合紫杉醇制備載藥納米粒子。殼聚糖納米粒和載藥納米粒的粒徑分別為196 nm和320 nm，粒子表面均帶有正電荷。由于這類方法的許多優(yōu)點(diǎn)，有關(guān)這方面的研究越來(lái)越引起人們的重視。

1.5 大分子復(fù)合法

通過(guò)殼聚糖陽(yáng)離子與另外一種負(fù)電荷的大分子藥物，利用兩種聚離子的相互作用從而使殼聚糖的溶解度降低而凝聚，在一定條件下形成納米微粒。周旭等[18]通過(guò)該方法制備了抗毒酶基因納米粒，通過(guò)正交設(shè)計(jì)法，得出了最佳反應(yīng)條件，所制備的納米粒子粒徑在100 nm以下，平均Zeta電位是（15.9±6.3）mV。劉振華等[19]采用大分子復(fù)合法制備了載基因納米粒子，并且對(duì)它的體外相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了初步研究，其結(jié)果顯示：納米粒子形態(tài)規(guī)則，大多呈球形，粒徑小，分布窄，包封率大于90%，載藥量也達(dá)到了30%。利用大分子復(fù)合原理，近年來(lái)有不少研究者將殼聚糖同生物活性大分子DNA進(jìn)行反應(yīng)復(fù)合形成納米粒，進(jìn)而將其作為基因或者蛋白藥物的載體。

2 殼聚糖納米粒在靶向給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 組織靶向給藥

靶向給藥系統(tǒng)是指借助載體、配體或抗體將藥物通過(guò)局部給藥胃腸道或全身血液循環(huán)而選擇性地濃集定位于靶器官、靶組織、靶細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的給藥系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)組織靶向能夠帶來(lái)較高的瘤內(nèi)濃度，提高分子和受體的特異性配體間受體，從而達(dá)到主動(dòng)靶向。殼聚糖納米粒制成的靶向制劑可以到達(dá)不同的靶向部位而提高藥物治療作用。

Son YJ等[20]用物理捕獲法將阿霉素裝進(jìn)乙二醇-殼聚糖納米粒，將其注射到荷瘤鼠尾部靜脈中，發(fā)現(xiàn)其主要分布在腎、腫瘤及肝臟中，其含量在8 d內(nèi)均保持在一個(gè)較高水平，在腫瘤組織中分布逐漸增多，抑制腫瘤生長(zhǎng)超過(guò)10 d。湯愛(ài)國(guó)等[21]制備了O-羧甲基乳糖?；瘹ぞ厶?聚乳酸阿霉素納米粒。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中靜脈注射同等劑量不同劑型的阿霉素藥物，用熒光光度計(jì)測(cè)量。結(jié)果半乳糖化修飾后納米粒的肝靶向性明顯增強(qiáng)，肝外器官的濃度明顯降低。證明了O-羧甲基乳糖?；瘹ぞ厶?聚乳酸阿霉素納米粒對(duì)正常大鼠肝臟具有明顯的靶向性。Hou ZQ等[22]利用葉酸和聚乙二醇進(jìn)行功能化修飾，制備殼聚糖絲裂霉素納米粒，通過(guò)噻唑藍(lán)比色試驗(yàn)、激光共聚焦和對(duì)荷H22小鼠的肝實(shí)體瘤抑制率試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該納米粒始終大部分在肝部富集，也表明了其具有組織靶向、長(zhǎng)循環(huán)以及治療腫瘤的特性。

2.2 細(xì)胞內(nèi)靶向給藥

一般說(shuō)來(lái)，腫瘤細(xì)胞具有比正常細(xì)胞表面更多的負(fù)電荷。殼聚糖納米粒所帶的正電荷對(duì)腫瘤細(xì)胞表面具有選擇性吸附和電中和作用，且殼聚糖還具有直接抑制腫瘤細(xì)胞的作用，并通過(guò)活化免疫系統(tǒng)促進(jìn)人體抗腫瘤作用，從而與抗腫瘤藥發(fā)揮協(xié)同作用。

You J等[23]設(shè)計(jì)合成了硬脂酸殼聚糖，其在水中能自組裝形成具有類似糖結(jié)構(gòu)的、含多個(gè)疏水區(qū)域的膠束。細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)證明，紫杉醇膠束制劑的細(xì)胞毒性高于游離紫杉醇，原因是膠束介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)極大地增加了藥物在細(xì)胞內(nèi)的濃度。熒光圖像也提示細(xì)胞對(duì)膠束有良好的內(nèi)攝作用，包埋于膠束的紫杉醇可以被轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞并定位于細(xì)胞質(zhì)。Veiseh O等[24]制備了涂有生物相容性的聚乙烯乙二醇-Fe3O4殼聚糖納米粒，建立了腦部腫瘤的大鼠模型，通過(guò)體內(nèi)核磁共振成像以及組織學(xué)和生物學(xué)的分析，證明了合成物是無(wú)毒性的，而且能夠輪廓清晰地持續(xù)保留在腫瘤上。說(shuō)明涂有生物相容性的聚乙烯乙二醇-Fe3O4殼聚糖納米?？梢员粷撛诘赜糜谠\斷和治療多種腫瘤類型。Sahu SK等[25]研制的載多柔比星的葉酸-羥甲基殼聚糖納米粒與HeLa細(xì)胞株特異性結(jié)合，并發(fā)現(xiàn)載藥納米主要分布在細(xì)胞漿內(nèi)，考慮此現(xiàn)象與葉酸受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用相關(guān)。徐強(qiáng)[26]采用復(fù)合乳液溶劑揮發(fā)和界面交聯(lián)技術(shù)制備了葉酸偶聯(lián)殼聚糖載羥基喜樹(shù)堿納米藥物制劑，在體外模擬釋放介質(zhì)中表現(xiàn)出明顯的先快速后緩慢釋藥的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可使藥物進(jìn)入體內(nèi)后，首先快速殺死血液中殘留的腫瘤細(xì)胞，然后與腫瘤組織細(xì)胞表面受體結(jié)合，經(jīng)內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞，發(fā)揮緩釋效能。

2.3 基因靶向傳遞

基因治療在替代功能障礙基因和腫瘤治療方面具有良好的應(yīng)用前景。在基因治療過(guò)程中最重要的是選擇合適的基因靶向傳遞系統(tǒng)。非病毒載體主要有裸DNA、脂質(zhì)體、陽(yáng)離子多聚物等，殼聚糖納米粒子屬于陽(yáng)離子多聚物，它作為非病毒基因轉(zhuǎn)運(yùn)載體越來(lái)越受到更多學(xué)者的關(guān)注[27]。為了提高殼聚糖載基因納米粒在體內(nèi)的轉(zhuǎn)染效率，常通過(guò)提高納米粒對(duì)靶細(xì)胞的特異識(shí)別和結(jié)合、提高納米粒的穿膜作用及通過(guò)各樣修飾促進(jìn)在細(xì)胞質(zhì)中的擴(kuò)散、抵抗核酸酶的降解作用和促進(jìn)進(jìn)入細(xì)胞核的作用，達(dá)到提高納米粒在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和載基因表達(dá)的效果[28]。

Bhattarai SR等[29]制備出N-乙酞?dú)ぞ厶?金納米粒（Nac-6-Au），它可與DNA結(jié)合作為基因傳遞載體。體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了Nac-6-Au納米粒作為基因傳遞載體對(duì)細(xì)胞具有較高的轉(zhuǎn)染率，且轉(zhuǎn)染率的高低與細(xì)胞種類有關(guān)。該載體對(duì)于MCF-7乳腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)染率很高，這種特性可能會(huì)應(yīng)用于乳腺癌基因治療中靶向定位基因傳遞。Zheng Y等[30]在用葉酸修飾的N-三甲基殼聚糖（folate-TMC）作為基因載體的研究中也得出，基因轉(zhuǎn)染效率隨著氮磷比（N/P）的增大而提高，folate-TMC/pDNA復(fù)合物在葉酸受體過(guò)量表達(dá)的細(xì)胞系上的基因轉(zhuǎn)染效率是TMC/pDNA復(fù)合物的1.6倍。Morris VB等[31]對(duì)組氨酸修飾的三甲基殼聚糖（HTMC）進(jìn)行聚乙二醇和葉酸（PEG-FA）衍生化，然后通過(guò)介導(dǎo)熒光素酶的表達(dá)來(lái)考察聚乙二醇和葉酸修飾的三甲基殼聚糖（HTMCPEG-FOL）衍生物（HTFP）在KB細(xì)胞上的基因轉(zhuǎn)染效率。結(jié)果顯示，PEG-FA衍生化的HTMC的轉(zhuǎn)染效率明顯高于聚合物本身。

3 結(jié)語(yǔ)

殼聚糖納米粒作為一種新型的藥物載體，其在緩控釋和靶向等藥劑學(xué)的前沿領(lǐng)域中取得了巨大的進(jìn)展。根據(jù)殼聚糖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和藥物本身性質(zhì)，載藥殼聚糖納米粒可以通過(guò)多種方法制備獲得。殼聚糖納米粒特別適合于抗腫瘤藥物、基因、蛋白質(zhì)、多肽等生物活性大分子藥物的包載，已成為靶向和緩控釋研究的熱點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著科研的不斷發(fā)展進(jìn)步，殼聚糖納米粒將踏入更加廣泛的藥物治療領(lǐng)域，在眾多化學(xué)合成藥和天然藥物中取得更大的突破。

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