殼聚糖在創(chuàng)傷修復中應用的研究進展

顏婷婷，歐陽茜茜，李思東，鐘慶坤

(1.廣東海洋大學 海洋與氣象學院，廣東 湛江 524088；2.廣東海洋大學 化學與環(huán)境學院，廣東 湛江 524088)

殼聚糖在創(chuàng)傷修復中應用的研究進展

顏婷婷1，歐陽茜茜1，李思東2*，鐘慶坤1

(1.廣東海洋大學 海洋與氣象學院，廣東 湛江 524088；2.廣東海洋大學 化學與環(huán)境學院，廣東 湛江 524088)

殼聚糖是一種堿性高分子多糖，是甲殼素部分脫乙?；漠a(chǎn)物，具有許多優(yōu)良的生物特性，其創(chuàng)傷修復的特性在醫(yī)用敷料領(lǐng)域引起人們極大的關(guān)注。本文主要總結(jié)了目前創(chuàng)傷修復材料的種類，以及殼聚糖在創(chuàng)傷修復中的應用，包括皮膚創(chuàng)傷修復、骨損傷修復和神經(jīng)干細胞損傷中的應用研究。

殼聚糖；創(chuàng)傷修復；復合材料

殼聚糖(Chitosan)又叫殼多糖、殼糖胺、氨基多糖等，是從蝦、蟹提取出的甲殼素部分脫N-脫乙酰基的產(chǎn)物，一般而言，N-脫乙?；撊?5%以上的就可以稱作為殼聚糖，殼聚糖是現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的唯一一種天然堿性多糖，呈線性糖。殼聚糖物理性質(zhì)是白色半透明固體，并伴隨著有珍珠光澤，因原料和制備方法存在差異，其相對分子質(zhì)量也不同，從幾千至數(shù)百萬不等，不溶于水和堿溶液，可溶于稀酸，例如：甲酸和乙酸[1]。殼聚糖能夠有效抑菌，特別是金黃色葡萄球菌以及大腸桿菌，其具有生物降解性、生物相容性和非抗原性，吸水性和透氣透濕性較好，無毒，對皮膚沒有刺激性，能夠粘附于皮膚表面。

各種創(chuàng)傷、燒傷、手術(shù)等原因?qū)е碌娜梭w損傷是臨床常見現(xiàn)象。迄今為止，各種原因?qū)е碌膭?chuàng)傷及其愈合形成的疤痕依然嚴重威脅著人類的健康和生活質(zhì)量，并且隨著人們審美觀的提高，希望能夠減少結(jié)疤面積。目前醫(yī)用創(chuàng)傷修復材料根據(jù)其發(fā)展主要有三大類：傳統(tǒng)敷料，合成修復材料和生物修復材料。當前，生物修復材料是一類比較先進的醫(yī)用材料，特別是通過創(chuàng)傷局部補充外源性的細胞因子可達到愈合的效果。但這類材料普遍存在一些缺陷：材料來源少，價格高，性能單一、創(chuàng)面愈合速度慢且有瘢痕的問題。因此殼聚糖作為來源豐富的海洋資源，其在醫(yī)藥創(chuàng)傷修復領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前途。本文主要總結(jié)了目前創(chuàng)傷修復材料的種類，殼聚糖在創(chuàng)傷修復中的應用，包括皮膚傷口創(chuàng)傷修復、骨損傷修復、和神經(jīng)干細胞損傷中的應用研究進展。

1 創(chuàng)傷修復材料

1.1 天然生物材料

在醫(yī)用材料當中，天然生物材料使用最早，其生物相容性好，利于細胞的粘附、增殖和分化，是不可替代的重要材料。從動物體中提取出來的膠原蛋白與膠原最具代表性，它們抗原性低，并且降解的產(chǎn)物在體內(nèi)不會引起不良反應, 具有良好的止血和創(chuàng)面愈合作用，可應用于皮膚組織工程當中，現(xiàn)已成為應用廣泛的天然生物材料。

殼聚糖及其衍生物也屬于天然生物創(chuàng)傷愈合敷料的范疇，殼聚糖降解產(chǎn)生的寡糖物質(zhì)能夠促進細胞的增殖，抑制成纖維細胞的過度增生，體內(nèi)移植無炎癥反應，可以加快創(chuàng)面愈合[2]。

1.2 人工生物材料

人工生物材料有很多種，具體包括動物材料、植物材料、金屬材料、陶瓷材料、高分子塑料、人造纖維、合成多肽等。

根據(jù)植物材料制作創(chuàng)傷修復材料的報道，從海藻中提取海藻酸鈉，從蘆薈葉子中提取甲基化多糖，和從樹脂或黑豆樹脂以及土豆中提取的提取物制作創(chuàng)傷凝膠膜片或海綿材料，可以用來保護創(chuàng)面和治療燒傷。尼龍、達可綸等人造纖維物常被作為其它材料的支架, 早期也有人用單純?nèi)嗽炖w維織物或以其為主的人工皮材料。這種材料與組織粘附好，但肉芽長入絲絨后去除困難，合成的高分子多肽其性質(zhì)類似于小分子蛋白質(zhì)，在醫(yī)學應用中研究廣泛。

一般情況下，傷口的愈合是一個體內(nèi)將舊的組織碎屑分解，產(chǎn)生新組織的過程，但是在燒傷和頑固性皮膚潰瘍的受損條件下，新的組織不能形成。感染是傷口愈合的主要障礙，另一個對傷口愈合的阻礙是生長因子的缺乏。在一些慢性傷口中生長因子的內(nèi)源水平降低。為了改善這些創(chuàng)傷狀況，研究人員一直在試圖創(chuàng)造幾種類型的人造皮膚。組織工程產(chǎn)品包括三種主要成分，即細胞，生長因子和生物材料。有臨床研究表明這些組織工程產(chǎn)品有希望治療燒傷和頑固性皮膚潰瘍[3]。

Mercedes Catalina等[4]利用多孔生物膠原聚合物在傷口愈合和組織再生中研究受傷大鼠，術(shù)后7天，在傷口處發(fā)現(xiàn)有膠原蛋白產(chǎn)生，形成細胞，提高改善傷口愈合能力。證實測試的制劑比商業(yè)參考產(chǎn)品(Heal Progress(HP)：8±1.55對比2.33±0.52，p<0.001)的效率高三倍。膠原(FC)的形成：7.5±1.05對比 2.17±0.75，p<0.001;表皮再生(RE)：13.33±5.11對比5±5.48，p<0.05)。

1.3 復合生物材料

在臨床醫(yī)學上，天然生物和人工生物材料已經(jīng)不能夠滿足人體某些器官組織及功能的要求了，由此出現(xiàn)了復合生物材料。半合成、全合成以及雜化生物材料都屬于復合材料，為了滿足創(chuàng)傷修復功能的需要，一般由兩種或兩種以上的生物材料組成，通常是由活性和非活性材料組成。

用于組織修復的干細胞治療中的一個關(guān)鍵問題通常是缺乏選擇性載體以將干細胞遞送至損傷部位，其中天然細胞外基質(zhì)在病理上損傷或丟失。因此，Seong-Kyoon Choi等[5]研究具有結(jié)構(gòu)TGPG [VGRGD(VGVPG)6]20WPC的含RGD的彈性蛋白樣多肽(REP)，以將脂肪干細胞(ASC)植入到全層切除傷口老鼠，并且通過體溫誘導的原位聚集將REP植入傷口缺損處，移植的REP在傷口中表現(xiàn)出2.6天的半衰期。REP和ASC的混合使用形成水凝膠樣ASC / REP復合物，比單獨使用ASC有更好的新血管形成效果，并增加移植ASC的存活力，改善傷口整體愈合。體外和體內(nèi)動物研究表明，REP能夠誘導組織修復再生，在臨床醫(yī)學中有望成為一種治療劑。吳海濤[6]發(fā)明了一種用于創(chuàng)傷修復的復合生物材料敷貼，該敷貼敷在傷口，易撕不粘連，高效抗菌消炎，有效止血，能夠促進皮膚組織的愈合和修復。

1.4 殼聚糖材料

傷口感染可能產(chǎn)生許多有毒物質(zhì)以阻止傷口的修復，在嚴重的情況下，被感染的傷口很有可能導致死亡。然而，目前大多數(shù)市售的傷口敷料不具有活性抗菌劑的能力，這將增加潰瘍的形成和提高感染率。由于殼聚糖本身高效抗菌、快速止血、促進傷口愈合和生物相容性好等優(yōu)點，因此被廣泛應用血管支架、創(chuàng)傷敷料當中。目前殼聚糖在創(chuàng)傷敷料中取得巨大成功，在醫(yī)用和化妝品領(lǐng)域得到廣泛應用。

彭思凱[7]利用酶解法制備不同分子量的羧甲基殼聚糖，實驗表明了羧甲基殼聚糖可以顯著縮短大鼠深Ⅱ度燙傷創(chuàng)面時間，其主要原因是羧甲基殼聚糖能夠促進成纖維細胞的增殖，分泌白細胞介素，巨噬細胞分泌腫瘤壞死因子，以及減少了傷口處膠原的分泌，因此減少疤痕面積。

Xialian Fan等[8]通過冷凍干燥工藝將納米TiO2水溶膠引入瓊膠-殼聚糖(COL-CS)支架中，研究了復合材料的溶脹性，孔隙率，降解性，抗菌性，紅細胞聚集和細胞毒性。實驗表明，多孔支架溶脹性好，可以阻止傷口滲出物的積累，較少炎癥發(fā)生機率；孔隙率合適，適于細胞的增殖、分化和遷移；對金黃色葡萄球菌具有明顯抑制作用，傷口處紅細胞極易聚集，提高止血效率，他們認為TiO2/COL-CS復合支架可能是傷口修復敷料的最佳選擇。

2 殼聚糖在創(chuàng)傷修復中的應用

2.1 對皮膚創(chuàng)面的修復

皮膚創(chuàng)傷引起的健康問題并非是近幾年的新興產(chǎn)物，并且每一年都有很多患者遭受到急性創(chuàng)傷。傳統(tǒng)上，一般的傷口愈合經(jīng)過四個階段：止血、發(fā)炎、增殖和生長。每一個階段對傷口的愈合具有重大的意義，為了給傷口提供一個濕潤的愈合條件，F(xiàn)engling Tang等[9]通過化學改性的方法將琥珀酸引入到殼聚糖中合成水溶性殼聚糖衍生物(NSC)，在L929細胞中研究NSC的細胞毒性，并通過抑制區(qū)方法和細菌生長曲線分析評價其抗菌活性。結(jié)果表明，與殼聚糖相比，NSC的溶解度顯著提高，NSC是無毒的，具有良好的抗菌性能。動物傷口愈合試驗表明NSC相比殼聚糖可以顯著減少愈合時間。組織病理學研究表明這些影響機制與NSC的促進肉芽組織和增強上皮形成的能力有關(guān)?？偟膩碚f，這些結(jié)果證明NSC可作為良好的傷口敷料材料。相對合成水溶性殼聚糖衍生物，毛珺等[10]通過化學改性提高殼聚糖的高容量吸液性、高抗菌性等性能。

糖尿病(DM)患者皮膚薄、易損，且常常伴有自發(fā)性潰瘍、創(chuàng)面難愈或者不愈、易感染等，這一系列癥狀稱為“DM皮膚病變”。樓陸軍[11]采用高脂高糖飼料喂養(yǎng)聯(lián)合鏈脲佐菌素建立DM大鼠模型。給大鼠背部制造全層皮膚缺損區(qū)域，實驗組用自制明膠-殼聚糖復合納米纖維覆蓋，并及時給予油紗及干紗布包扎縫合固定；而對照組僅是使用傳統(tǒng)敷料油紗及干紗布包扎，手術(shù)14d后，實驗組僅看見少許結(jié)痂創(chuàng)面，創(chuàng)面愈合率比對照組的高出20.7%，創(chuàng)面表皮基本重生，肉芽組織分化生長。

涂依[12]以戊二醛為交聯(lián)劑,以涂覆的方法制備了殼聚糖/羧甲基殼聚糖雙層復合膜，羧甲基殼聚糖的分子量不同，研究對比不同分子量羧甲基殼聚糖雙層復合膜的創(chuàng)傷修復效果。實驗結(jié)果表明:制備的雙層復合膜對創(chuàng)傷都有一定的修復效果，但是羧甲基殼聚糖的分子量越小，創(chuàng)傷修復效果越好。

湯順清等[13]發(fā)明了一種含有卡拉膠的創(chuàng)傷修復敷料，該敷料是由膠原或明膠與卡拉膠按(5:95)～(95:5)的質(zhì)量比共混后冷凍干燥得到具有三維多孔層間結(jié)構(gòu)的多孔復合支架，或是共混后直接干燥得到的復合薄膜。這種創(chuàng)傷修復敷料能保證組織正常愈合所需的營養(yǎng)供應，并且在組織愈合的同時降解消失，同時降解產(chǎn)物具有促進細胞增殖和表達基質(zhì)的作用，可以真正起到促進創(chuàng)傷修復的效果。再加上多孔復合支架和復合薄膜均能在促進創(chuàng)傷修復的同時為其它軟組織工程提供支架。

余丕軍等[14]通過觀察膠原蛋白-殼聚糖(80:20)復合納米纖維膜修復SD大鼠背部全層皮膚缺損創(chuàng)面的作用，修復后14d實驗組創(chuàng)面已經(jīng)基本對合；而僅用油紗及干紗布包扎并在創(chuàng)傷外緣打包固定的對照組創(chuàng)面對合不整齊，創(chuàng)面較實驗組大。證實了膠原蛋白-殼聚糖復合納米纖維膜具有優(yōu)異的生物力學性能，比普通紗布能更好的促進創(chuàng)傷修復、愈合。

2.2 對骨損傷的修復

骨骼是身體的基本支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于其剛性，硬度和再生能力，主要用于保護必要的器官，產(chǎn)生血細胞，作為鈣的礦物儲庫，并保持酸堿平衡[15]。已有研究發(fā)現(xiàn)，納米磷酸鈣[16]、納米羥基磷灰石[17]、或納米生物陶瓷玻璃與殼聚糖混合制備的納米復合支架具有良好的骨引導性，有利于成骨細胞的增殖和維持其特定的功能。

Takagi等[18]用磷酸鈣骨水泥(CPC)粉末和殼聚糖溶液制成的CPC-CS相比CPC的彎曲強度小，穩(wěn)定性強，機械性能符合臨床應用的要求。Ding[19]研究證明殼聚糖和磷酸鈣復合后，增大骨水泥復合物的內(nèi)部孔隙率，這有利于血管在空隙里長入，提高了抗壓強度，可用于骨組織損傷臨床試驗。

將多碳納米管通過冷凍干燥法與殼聚糖復合制成支架，實驗表明有利于骨樣細胞黏附在支架上，加速細胞增殖并向成骨細胞分化[20]。納米羥基磷灰石/殼聚糖三維多孔支架植入到大鼠顱頂骨缺損處，通過組織學觀察，在2周時骨缺損區(qū)邊緣及支架中心發(fā)現(xiàn)有新骨形成，在5周時骨缺損區(qū)已有明顯的新骨形成[21]。

軟骨細胞通過組織工程技術(shù)的支架共同培養(yǎng)，將構(gòu)建軟骨組織移植是目前有望治療受損軟骨的方法[22]。殼聚糖與其他材料復合制作組織工程支架可以促進細胞的黏附，從而使得軟骨與骨的形成。詹興旺等[23]將新西蘭大白兔的軟骨細胞種植在膠原-殼聚糖支架上，2周后，細胞重疊生長，增殖活力強，并分泌大量的細胞質(zhì)基質(zhì)。他們在這個實驗當中得出了這樣的結(jié)論：通過冷凍干燥法制得的膠原(2%)-殼聚糖(3%)混合支架有利于軟骨細胞在支架上快速生長、增殖，是軟骨修復重建的一種載體，同時也是一種良好的骨骼損傷修復材料。

石國華等[24]在下頜骨缺損的家兔做動物實驗，使用的是殼聚糖/羥磷灰石納米復合材料，結(jié)果表明：具有三維孔洞網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的殼聚糖/羥磷灰石納米聚合物可以與骨直接結(jié)合，并且具有很好的生物相容性和骨引導能力，可降解且降解后的產(chǎn)物無毒性，移植10周便可完全修復骨缺損。

2.3 對神經(jīng)干細胞的修復

近幾年，利用組織工程化神經(jīng)修復是科學家越來越重視的問題，由于神經(jīng)系統(tǒng)的復雜性，要找到一種能夠代替人體神經(jīng)的材料是最需要解決的問題。殼聚糖及其化學改性產(chǎn)物在組織工程化神經(jīng)修復當中是研究得比較早，也比較廣泛的一種具有潛在發(fā)展的人工神經(jīng)導管材料[25]。

通過引入殼聚糖膜到殼聚糖神經(jīng)導管中，可以增強缺損坐骨神經(jīng)的軸突再生和功能恢復能力[26]。朱奇等[27]在殼聚糖中插入聚乳酸羥基乙酸纖維制備神經(jīng)導管，發(fā)現(xiàn)再生神經(jīng)當中伴有新生的小血管和神經(jīng)纖維，同時證實了該神經(jīng)導管在體內(nèi)具有生物活性、生物相容性，降解產(chǎn)物與體內(nèi)無不良反應，可誘導神經(jīng)細胞的生長。

Kim等[28]采用凍干法制備出海藻酸-膠原質(zhì)-殼聚糖復合導管材料，并研究導管對神經(jīng)損傷大鼠的再生修復效果。實驗結(jié)果表明，在術(shù)后12周，組織觀察顯示所有實驗用鼠的坐骨神經(jīng)都已重新橋連上。因此，用該法制備的海藻酸-膠原質(zhì)-殼聚糖復合導管能使受損周圍神經(jīng)的再生。

3 小結(jié)

殼聚糖在醫(yī)藥領(lǐng)域具有很大的應用前景，而且效果優(yōu)于其他醫(yī)用敷料和組織工程材料。然而，殼聚糖在中性pH下抗菌活性不強，限制了其在感染的傷口護理中的使用，這就使得現(xiàn)在很多研究都將殼聚糖與其它材料復合起來解決這個問題。除上述殼聚糖在皮膚、骨組織及神經(jīng)干細胞的修復以外，還有一些殼聚糖在眼睛細胞和肝細胞的研究，但是這兩個方面研究得還不夠深。因此，應對眼睛細胞和肝細胞用新型納米材料-殼聚糖復合材料是接下來殼聚糖的研究方向。

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(本文文獻格式：顏婷婷，歐陽茜茜，李思東，等.殼聚糖在創(chuàng)傷修復中應用的研究進展[J].山東化工，2017，46(10)：82-85.)

Research Progress of Chitosan in Wound Repair Application

YanTingting1，OuyangQianqian1，LiSidong2*，ZhongQingkun1

(1.College of Marine and Meteorology,Zhanjiang 524088, China;2.College of Chemistry and Environment , Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China)

Chitosan is a kind of basic macromolecule polyoses, which is the product of partial deacetylation of chitin. It has many excellent biological characteristics. The characteristic of its restoration for trauma has been more concerned in the field of medical dressing. This paper mainly summarizes the categories of the stuffs of restoration for trauma and the application of chitosan in trauma restoration, which include application study of restoration for skin trauma, bone injury restoration, neural stem cell injury restoration.

chitosan;wound repair;composite materials

2017-03-25

顏婷婷(1992—)，女，廣西欽州人，碩士研究生在讀，研究方向：海洋生物資源利用化學；通訊作者：李思東。

R318.08

A

1008-021X(2017)10-0082-04